Billedkredit: ESO
Et team af europæiske og chilenske astronomer har opdaget adskillige store klynger af galakser i en afstand af 8 milliarder lysår, som skulle give indsigt i universets struktur og udvikling. Galakse klyngerne blev opdaget ved at kombinere billeder fra ESAs XMM-Newton rumteleskop og ESOs Very Large Telescope. Galaxy-klynger spredes ikke jævnt, men ser spændt gennem universet som et web, og indtil videre ser det ud til, at formen på disse klynger ikke har ændret sig, da universet var meget ung ...
Ved hjælp af ESA XMM-Newton-satellitten har et team af europæiske og chilenske astronomer [2] opnået verdens dybeste "videfelt" røntgenbillede af kosmos til dato. Dette gennemtrængende udsyn, når det suppleres med observationer fra nogle af de største og mest effektive, jordbaserede optiske teleskoper, inklusive ESO Very Large Telescope (VLT), har resulteret i opdagelsen af flere store klynger af galakser.
Disse tidlige resultater fra et ambitiøst forskningsprogram er yderst lovende og baner vejen for en meget omfattende og grundig folketælling af klynger af galakser ved forskellige epoker. Dette projekt bygger på den fremste astronomiske teknologi og med en uovertruffen observationseffektivitet og er beregnet til at give ny indsigt i strukturen og udviklingen i det fjerne univers.
Den universelle web
I modsætning til sandkorn på en strand er materien ikke ensartet spredt over hele universet. I stedet koncentreres det til galakser, som selv samles i klynger (og endda klynger af klynger). Disse klynger er "spændt" i hele universet i en weblignende struktur, jf. Stk. ESO PR 11/01.
Vores galakse, Mælkevejen, hører for eksempel til den såkaldte lokale gruppe, der også består af ”Messier 31”, Andromeda-galaksen. Den lokale gruppe indeholder omkring 30 galakser og måler et par millioner lysår på tværs. Andre klynger er meget større. Comaklyngen indeholder tusinder af galakser og måler mere end 20 millioner lysår. Et andet velkendt eksempel er Jomfrueklyngen, der dækker ikke mindre end 10 grader på himlen!
Klynger af galakser er de mest massive bundne strukturer i universet. De har masser i størrelsesordenen tusind millioner millioner gange massen af vores Sol. Deres tredimensionelle rumfordeling og nummertæthed ændres med kosmisk tid og giver information om de vigtigste kosmologiske parametre på en unik måde.
Cirka en femtedel af den optisk usynlige masse af en klynge er i form af en diffus varm gas mellem galakserne. Denne gas har en temperatur i størrelsesordenen flere titusinder af millioner grader og en densitet i størrelsesordenen et atom pr. Liter. Ved så høje temperaturer producerer det kraftig røntgenemission.
At observere denne intergalaktiske gas og ikke kun de enkelte galakser er som at se bygningerne i en by om dagen, ikke kun de oplyste vinduer om natten. Derfor opdages klynger af galakser bedst ved hjælp af røntgen-satellitter.
Ved hjælp af tidligere røntgen-satellitter har astronomer udført begrænsede undersøgelser af den store skala i det nærliggende univers. Imidlertid manglede de hidtil instrumenter til at udvide søgningen til store mængder af det fjerne univers.
XMM-Newton-markfeltobservationer
Marguerite Pierre (CEA Saclay, Frankrig), med et europæisk / chilensk team af astronomer kendt som XMM-LSS-konsortiet [2], brugte det store synsfelt og den høje følsomhed af ESAs røntgenobservatorium XMM-Newton til søg efter fjernklynger af galakser og kortlægge deres distribution i rummet. De kunne se omkring 7.000 millioner år tilbage til en kosmologisk æra, da universet var omkring halvdelen af sin nuværende størrelse og alder, da klynger af galakser blev tættere pakket.
Opsporing af klyngerne er en omhyggelig, flertrinsproces, der kræver både plads- og jordbaserede teleskoper. Fra røntgenbilleder med XMM var det faktisk muligt at vælge adskillige snesevis af klyngekandidatobjekter, identificeret som områder med forbedret røntgenstråling (jf. PR Foto 19b / 03).
Men at have kandidater er ikke nok! De skal bekræftes og studeres yderligere med jordbaserede teleskoper. I tandem med XMM-Newton bruger Pierre den meget bredbilledbilledoptager, der er knyttet til det 4 m Canada-Frankrig-Hawaii-teleskop, på Mauna Kea, Hawaii, for at tage et optisk øjebliksbillede af den samme plads i rummet. Et skræddersyet computerprogram kæmmer derefter XMM-Newton-data på udkig efter koncentrationer af røntgenstråler, der antyder store, udvidede strukturer. Disse er klyngerne og repræsenterer kun ca. 10% af de detekterede røntgenkilder. De andre er for det meste aktive aktive galakser.
Tilbage til jorden
Når programmet finder en klynge, zoomer det ind i det område og konverterer XMM-Newton-dataene til et konturkort over røntgenintensitet, som derefter overlejres på det optiske CFHT-billede (PR Photo 19c / 03). Astronomerne bruger dette til at kontrollere, om der er noget, der er synligt inden for området med udvidet røntgenemission.
Hvis der ses noget, skifter arbejdet til et af verdens største optiske / infrarøde teleskoper, Det Europæiske Sydlige Observatoriums Very Large Telescope (VLT) i Paranal (Chile). Ved hjælp af FORS multimodusinstrumenter zoomer astronomerne ind på de enkelte galakser i marken og tager spektrale målinger, der afslører deres overordnede egenskaber, især deres rødskift og dermed afstand.
Klyngalakser har lignende afstande, og disse målinger tilvejebringer ved gennemsnit klyngens afstand såvel som hastighedsdispersionen i klyngen. FORS-instrumenterne er blandt de mest effektive og alsidige til denne type arbejde, idet de påtager sig det gennemsnitlige spektre for 30 galakser ad gangen.
De første spektroskopiske observationer dedikeret til identifikation og rødskiftmåling af XMM-LSS galakse klynger fandt sted i tre nætter i efteråret 2002.
Fra marts 2003 var der kun 5 kendte klynger i litteraturen ved en så stor rødskift med nok spektroskopisk målte rødskift til at muliggøre et skøn over hastighedsdispersionen. Men VLT tilladte kun at opnå spredning i en fjern klynge på 2 timer, hvilket rejste store forventninger til fremtidig arbejde.
700 spektre ...
Marguerite Pierre er ekstremt indhold: Vejret og arbejdsforholdene ved VLT var optimale. På kun tre nætter blev der observeret 12 klyngefelter, hvilket gav ikke mindre end 700 galakser. Den overordnede strategi viste sig at være meget succesrig. Den høje observationseffektivitet af VLT og FORS understøtter vores plan om at udføre opfølgningsundersøgelser af et stort antal fjerne klynger med relativt lidt observationstid. Dette repræsenterer en meget betydelig stigning i effektivitet sammenlignet med tidligere søgninger.
Det nuværende forskningsprogram er begyndt godt, hvilket tydeligt viser gennemførligheden af denne nye multiteleskop-tilgang og dens meget høje effektivitet. Og Marguerite Pierre og hendes kolleger ser allerede de første fristende resultater: Det ser ud til at bekræfte, at antallet af klynger for 7.000 millioner år siden er lidt anderledes end i dag. Denne særlige adfærd forudsiges af modeller af universet, der udvides for evigt og driver galakse-klyngerne længere og længere fra hinanden.
Like vigtig udgør denne multi-bølgelængde, multiteleskop-tilgang, der er udviklet af XMM-LSS-konsortiet for at lokalisere klynger af galakser, også et afgørende næste trin i den frugtbare synergi mellem rum og jordbaserede observatorier og er derfor en grundlæggende byggesten til forestående Virtual Observatory.
Mere information
Dette arbejde er baseret på to artikler, der skal offentliggøres i det faglige astronomitidsskrift, Astronomy and Astrophysics (The XMM-LSS survey: I. Scientific motivations, design and first results by Marguerite Pierre et al., Astro-ph / 0305191 and The XMM -LSS undersøgelse: II. Første høje rødskift galakse klynger: afslappede og sammenbrudte systemer af Ivan Valtchanov et al., Astro-ph / 0305192).
Dr. M. Pierre holder en inviteret tale om dette emne på IAU Symposium 216 - Kort over kosmos - torsdag den 17. juli 2003 under IAUs generalforsamling 2003 i Sydney, Australien.
Noter
[1]: Dette er en koordineret ESO / ESA-frigivelse.
[2]: XMM-LSS-konsortiet ledes af Service d’Astrophysique du CEA (Frankrig) og består af institutter fra Storbritannien, Irland, Danmark, Holland, Belgien, Frankrig, Italien, Tyskland, Spanien og Chile. Hjemmesiden til XMM-LSS-projektet findes på http://vela.astro.ulg.ac.be/themes/spatial/xmm/LSS/index_e.html
[3]: I astronomi betegner "rødskiftet" den brøkdel, hvormed linjerne i et objekts spektrum forskydes i retning af længere bølgelængder. Da rødskiftet af et kosmologisk objekt stiger med afstanden, giver den observerede rødforskydning af en fjerngalakse også et skøn over dets afstand.
Original kilde: ESO News Release
