Et internationalt team af astronomer [2] har været i stand til med høj præcision at måle hastighederne for et stort antal planetnebler [3] i det intergalaktiske rum inden for Jomfrueklyngen af galakser. Til dette brugte de det meget effektive FLAMES-spektrograf [4] på ESO Very Large Telescope ved Paranal Observatory (Chile).
Disse planetariske stjernetåber, der frit flyder i det ellers tilsyneladende tomme rum mellem galakser fra store klynger, kan bruges som "sonder" for tyngdekraften, der virker i disse klynger. De sporer masserne, synlige såvel som usynlige, inden for disse regioner. Dette tillader til gengæld astronomer at studere dannelseshistorien for disse store bundne strukturer i universet.
De nøjagtige hastighedsmålinger af 40 af disse stjerner bekræfter synspunktet om, at Jomfruen er en stærkt ikke-ensartet galakse-klynge, der består af flere underenheder, som endnu ikke har haft tid til at komme i balance. Disse nye data viser tydeligt, at Jomfruen klynge af galakser stadig er ved at skabe.
De beviser også for første gang, at en af de lyse galakser i den undersøgte region, Messier 87, har en meget udstrakt glorie af stjerner, der når ud til mindst 65 kpc. Dette er mere end dobbelt så stort som vores egen galakse, Mælkevejen.
En ung klynge
I en afstand på cirka 50 millioner lysår er Virgo Cluster den nærmeste galakse-klynge. Det er placeret i stjernetegnets konstellation Jomfru (Jomfruen) og indeholder mange hundreder af galakser, der spænder fra kæmpe og massive elliptiske galakser og spiraler som vores egen Mælkevej til dværg galakser, hundreder af gange mindre end deres store brødre. Den franske astronom Charles Messier trådte 16 medlemmer af Jomfrueklyngen i sit berømte katalog over tåger. Et billede af kernen i klyngen opnået med Wide Field Imager-kameraet ved ESO La Silla-observatoriet blev offentliggjort sidste år som PR Photo 04a / 03.
Det antages, at klynger af galakser har dannet sig i en lang periode af samlingen af mindre enheder gennem det stærke tyngdekrafttræk fra mørke og lysende stoffer. Virgo-klyngen betragtes som en relativt ung klynge, fordi tidligere undersøgelser har afsløret små "underklynger af galakser" omkring de store galakser Messier 87, Messier 86 og Messier 49. Disse underklynger er endnu ikke sammenlagt for at danne en tættere og glattere galakse klynge.
Nylige observationer har vist, at det såkaldte ”intracluster” rum, regionen mellem galakser i en klynge, gennemsyres af en sparsom “intracluster befolkning af stjerner”, som kan bruges til at studere detaljeret klyngens struktur.
Kosmiske vandrere
De første opdagelser af intracluster-stjerner i jomfrueklyngen blev gjort serendipitøst af den italienske astronom, Magda Arnaboldi (Torino Observatory, Italien) og hendes kolleger, i 1996. For at studere de udvidede glorier af galakser i Jomfrueklyngen med ESO New Teknologiteleskop i La Silla, de søgte efter genstande kendt som ”planetariske tåger” [3].
Planetiske tåge (PNe) kan detekteres i store afstande fra deres stærke emissionslinjer. Disse smalle emissionslinjer muliggør også et præcist mål for deres radiale hastighed. Planetiske tåge kan således tjene til at undersøge bevægelsen af stjerner i halo-regionerne i fjerne galakser.
I deres undersøgelse fandt astronomerne adskillige planetariske tåger tilsyneladende ikke relateret til nogen galakser, men bevægede sig i tyngdefeltet i hele klyngen. Disse "vandrere" tilhørte en nyligt opdaget intracluster befolkning af stjerner.
Siden disse første observationer er flere hundrede af disse vandrere blevet opdaget. De skal repræsentere toppen af isbjerget af en enorm befolkning af stjerner, der sværmer mellem galakserne i disse enorme klynger. Da planetens tåber er det sidste trin af fælles lavmassestjerner - som vores sol - er de faktisk repræsentative for den stellarbefolkning generelt. Og da planetariske tåger er temmelig kortvarige (nogle få titusinder af år - en blitz på astronomiske tidsplaner), kan astronomer estimere, at en stjerne i omkring 8.000 millioner soltype stjerner er synlig som en planetarisk tåge på ethvert givet tidspunkt. Der skal således være et sammenligneligt antal stjerner i mellem galakser som i selve galakserne. Men fordi de fortyndes i en sådan enorm mængde, er de næppe påviselige.
Fordi disse stjerner overvejende er gamle, er den mest sandsynlige forklaring på deres tilstedeværelse i det intracluster rum, at de dannede sig i individuelle galakser, som efterfølgende blev strippet for mange af deres stjerner under tæt møder med andre galakser i de indledende stadier af klyngedannelse. Disse ”mistede” stjerner blev derefter spredt ud i det indre rum, hvor vi nu finder dem.
Således kan planetnebler give et unikt greb på antallet, typen af stjerner og bevægelser i regioner, der kan rumme en betydelig mængde masse. Deres bevægelser indeholder den fossile fortegnelse over galakseinteraktionens historie og dannelsen af galakse-klyngen.
Måling af hastigheden for døende stjerner
Det internationale team af astronomer [2] gik videre med at foretage en detaljeret undersøgelse af bevægelserne fra planetens tåge i jomfrueklyngen for at bestemme dens dynamiske struktur og sammenligne den med numeriske simuleringer. Med henblik herpå gennemførte de et udfordrende forskningsprogram, der havde til formål at bekræfte intracluster planetariske kandidatkandidater, de fandt tidligere, og måle deres radiale hastighed i tre forskellige regioner ("undersøgelsesfelter") i jomfrueklyngen.
Dette er langt fra en let opgave. Emissionen i den vigtigste iltemissionslinie fra en planetarisk tåge i Jomfruen kan sammenlignes med den fra en 60-watt lyspære i en afstand på ca. 6,6 millioner kilometer, ca. 17 gange den gennemsnitlige afstand til månen. Desuden er prøver fra den indre planetariske tåge sparsomme med kun nogle få snesevis af planetnebler i et kvadratgrad kvadratisk himmelfelt - omtrent som Månens størrelse. Spektroskopiske observationer kræver således 8 meter teleskoper og spektrografer med stort synsfelt. Astronomerne måtte derfor stole på FLAMES-GIRAFFE-spektrografen på VLT [4] med sin relativt høje spektrale opløsning, sit synsfelt på 25 arkmin og muligheden for at tage op til 130 spektre ad gangen.
Astronomerne studerede i alt 107 stjerner, hvoraf 71 blev antaget at være ægte intracluster planetariske kandidater. De observerede mellem 21 og 49 objekter samtidigt i cirka 2 timer pr. Felt. De tre dele af den undersøgte Virgo-kerne indeholder adskillige lyse galakser (Messier 84, 86, 87 og NGC 4388) og et stort antal mindre galakser. De blev valgt til at repræsentere forskellige enheder i klyngen.
De spektroskopiske målinger kunne bekræfte den intracluster karakter af 40 af de studerede planetnebularer. De leverede også et væld af viden om strukturen i denne del af Jomfrueklyngen.
Ved at blive lavet
I det første felt nær Messier 87 (M87) målte astronomerne en gennemsnitlig hastighed tæt på 1250 km / s og en temmelig lille spredning omkring denne værdi. De fleste stjerner i dette felt er således fysisk bundet til den lyse galakse M87, på samme måde som Jorden er bundet til Solen. Magda Arnaboldi forklarer: ”Denne undersøgelse har ført til den bemærkelsesværdige opdagelse, at Messier 87 har en stjernen glorie i omtrentlig dynamisk ligevægt ud til mindst 65 kpc, eller mere end 200.000 lysår. Dette er mere end dobbelt så stort som vores egen galakse, Mælkevejen, og var ikke kendt før. ”
Hastighedsdispersionen, der observeres i det andet felt, der er langt væk fra lyse galakser, er større end i det første med en faktor fire. Denne meget store spredning, der indikerer stjerner, der bevæger sig i meget forskellige retninger i forskellige hastigheder, fortæller os også, at dette felt sandsynligvis indeholder mange intracluster stjerner, hvis bevægelser næppe er påvirket af store galakser. De nye data antyder som en fristende mulighed for, at denne intracluster befolkning af stjerner kan være den resterende del af forstyrrelsen af små galakser, når de kredser om M87.
Hastighedsfordelingen i det tredje felt, som udledt fra FLAMES-spektre, er igen forskellig. Hastighederne viser understrukturer relateret til de store galakser Messier 86, Messier 84 og NGC 4388. Mest sandsynligt hører det store flertal af alle disse planetariske nebler til en meget udstrakt glorie omkring Messier 84.
Ortwin Gerhard (University of Basel, Schweiz), medlem af teamet, er begejstret: ”Sammen samlet disse hastighedsmålinger bekræfter synspunktet om, at Jomfrueklyngen er en meget ikke-ensartet og ikke-afslappet galakse-klynge, der består af flere underenheder. Med FLAMES-spektrografen har vi således været i stand til at se bevægelserne i Jomfrueklyngen i et øjeblik, hvor dens underenheder stadig samles. Og det er bestemt et synspunkt, der er værd at se! ”
Mere information
Resultaterne præsenteret i denne ESO-pressemeddelelse er baseret på et forskningsdokument ("Line-of-Sight Velocity Distribution of Intracluster Planetetary Nebulae in the Virgo Cluster Core" af M. Arnaboldi et al.), Der netop er dukket op i forskningstidsskriftet Astrophysical Journal Letters Vol. 614, side. 33.
Noter
[1]: University of Basel Pressemeddelelse om dette emne er tilgængelig på http://www.zuv.unibas.ch/uni_media/2004/20041022virgo.html.
[2]: Holdmedlemmerne er Magda Arnaboldi (INAF, Osservatorio di Pino Torinese, Italien), Ortwin Gerhard (Astronomisches Institut, Universit? T Basel, Schweiz), Alfonso Aguerri (Instituto de Astrofisica de Canarias, Spanien), Kenneth C. Freeman (Mount Stromlo Observatory, ACT, Australien), Nicola Napolitano (Kapteyn Astronomical Institute, Holland), Sadanori Okamura (Institut for astronomi, University of Tokyo, Japan) og Naoki Yasuda (Institute for Cosmic Ray Research, University fra Tokyo, Japan).
[3]: Planetnebler er sollignende stjerner i deres sidste døende fase, hvor de sprøjter deres ydre lag ind i det omgivende rum. Samtidig afslører de deres lille og varme stjernekerne, der fremstår som en ”hvid dværgstjerne”. Den kastede konvolut er oplyst og opvarmet af den stjernekerne og udsender kraftigt i karakteristiske emissionslinjer fra flere elementer, især ilt (ved bølgelængder 495,9 og 500,7 nm). Deres navn stammer fra det faktum, at nogle af disse nærliggende objekter, f.eks. "Håndvægtnebulan" (se ESO PR-foto 38a / 98), ligner skiverne til de gigantiske planeter i solsystemet, når de ses med små teleskoper.
[4]: FLAMES, Fiber Large Array Multi-Element Spectrograph, installeres på 8,2 m VLT KUEYEN-teleskopet. Det er i stand til at observere spektret af et stort antal individuelle, svage objekter (eller små himmelområder) samtidigt og dækker et himmelfelt på ikke mindre end 25 arkmin i diameter, dvs. næsten lige så stort som fuldmånen. Det er resultatet af et samarbejde mellem ESO, Observatoire de Paris-Meudon, Observatoire de Genève-Lausanne og Anglo Australian Observatory (AAO).
Original kilde: ESO News Release
