אשראי תמונה: ESO
צוות של אסטרונומים אירופאים וצ'ילאים גילו כמה אשכולות גלקסיות גדולות במרחק של 8 מיליארד שנות אור שאמורות לספק תובנות לגבי מבנה היקום והתפתחותו. אשכולות הגלקסיה התגלו על ידי שילוב תמונות מטלסקופ החלל XMM-Newton של ה- ESA והטלסקופ הגדול מאוד של ESO. צבירי גלקסיות אינם מתפשטים באופן שווה, אך נראים חוצים ביקום כמו רשת, ועד כה נראה כי צורתם של אשכולות אלה לא השתנתה מאז שהיקום היה צעיר מאוד ...
באמצעות הלוויין ESA XMM-Newton, צוות של אסטרונומים אירופאים וצ'יליאנים [2] השיג את תמונת הרנטגן העמוקה ביותר "רחבת שדה" של הקוסמוס עד כה. מבט חודר זה, כשהוא משלים עם תצפיות על ידי כמה מהטלסקופים האופטיים הגדולים והיעילים ביותר, כולל טלסקופ ה- ESO Very Large Telescope (VLT), הביא לגילוי כמה אשכולות גלקסיות גדולות.
תוצאות מוקדמות אלה מתוכנית מחקר שאפתנית מבטיחות ביותר וסוללות את הדרך למפקד מאוד מקיף ויסודי של אשכולות גלקסיות בתקופות שונות. תוך הסתמכות על הטכנולוגיה האסטרונומית בראש ובראשונה וביעילות תצפיתית שאין דומה לה, פרויקט זה אמור לספק תובנות חדשות על מבנה והתפתחות היקום הרחוק.
הרשת האוניברסלית
שלא כמו גרגרי חול על חוף ים, החומר אינו מפוזר באופן אחיד ברחבי היקום. במקום זאת, היא מרוכזת לגלקסיות אשר עצמן מתכנסות לאשכולות (ואפילו מקבצי אשכולות). אשכולות אלה "נמתחים" ברחבי היקום במבנה דמוי רשת, ראה ESO PR 11/01.
הגלקסיה שלנו, שביל החלב, למשל, שייכת לקבוצה המקומית המקומית הכוללת גם את "מסייר 31", גלקסיית אנדרומדה. הקבוצה המקומית מכילה כ- 30 גלקסיות ומודדת כמה מיליוני שנות אור לרוחב. אשכולות אחרים גדולים בהרבה. אשכול הקומא מכיל אלפי גלקסיות ומודד למעלה מ- 20 מיליון שנות אור. דוגמא ידועה נוספת היא אשכול הבתולות, המכסה לא פחות מ -10 מעלות בשמיים!
אשכולות גלקסיות הן המבנים הכבושים המסיביים ביותר ביקום. יש להם המונים בסדר גודל של אלף מיליון מיליון כפול המסה של השמש שלנו. התפלגות החלל התלת מימדית שלהם וצפיפות המספרים משתנים עם הזמן הקוסמי ומספקים מידע על הפרמטרים הקוסמולוגיים העיקריים בדרך ייחודית.
כחמישית מהמסה הבלתי נראית של אשכול הוא בצורה של גז חם מפוזר בין הגלקסיות. לגז זה טמפרטורה בסדר גודל של כמה עשרות מיליוני מעלות וצפיפות בסדר גודל של אטום אחד לליטר. בטמפרטורות כה גבוהות הוא מייצר פליטה רנטגן עוצמתית.
התבוננות בגז הבין-גלאקטי הזה ולא רק בגלקסיות הבודדות זה כמו לראות את הבניינים של עיר בשעות היום, ולא רק את החלונות המוארים בלילה. זו הסיבה שצבירי גלקסיות מתגלים בצורה הטובה ביותר באמצעות לווייני רנטגן.
באמצעות לווייני רנטגן קודמים, אסטרונומים ביצעו מחקרים מוגבלים על המבנה הגדול בקנה מידה של היקום הסמוך. עם זאת, עד כה לא היו חסרים להם המכשירים להרחבת החיפוש לכמויות גדולות של היקום הרחוק.
תצפיות השטח הרחב של XMM-ניוטון
מרגריט פייר (CEA Saclay, צרפת), עם צוות אסטרונומים אירופי / צ'יליאני המכונה קונסורציום XMM-LSS [2], השתמשה בשדה הראייה הגדול וברגישות הגבוהה של מצפה הרנטגן XMM-Newton של ESA ל חפש אשכולות גלקסיות מרוחקות ומפה את תפוצתן במרחב. הם יכלו לראות בערך 7,000 מיליון שנים לעידן קוסמולוגי בו היקום היה בערך כמחצית מגודלו הנוכחי, כאשר אשכולות גלקסיות היו ארוזות יותר חזק.
מעקב אחר האשכולות הוא תהליך רב-שלב קפדני, הדורש טלסקופים שטחיים וקרקעיים כאחד. אכן, מתמונות רנטגן עם XMM ניתן היה לבחור בכמה עשרות אובייקטים של מועמדים לאשכול, שזוהו כאזורים של קרינת רנטגן משופרת (ראו PR תמונה 19b / 03).
אבל די במועמדים זה לא מספיק! יש לאשר אותם וללמוד אותם יותר בעזרת טלסקופים מבוססי קרקע. במקביל ל- XMM-Newton, פייר משתמש בתמונת שטח רחבה מאוד המחוברת לטלסקופ קנדה-צרפת-הוואי, 4 מ ', במאונה קאה, הוואי, כדי לצלם תמונת מצב אופטית של אותו אזור בחלל. תוכנית מחשב בהתאמה אישית מסרקת את נתוני ה- XMM-Newton ומחפשת ריכוזי קרני רנטגן המרמזים על מבנים מורחבים גדולים. אלה הם האשכולות ומייצגים רק כ -10% ממקורות הרנטגן שהתגלו. האחרים הם בעיקר גלקסיות פעילות רחוקות.
בחזרה לקרקע
כאשר התוכנית מוצאת אשכול, היא מתקרבת לאזור זה וממירה את נתוני ה- XMM-Newton למפת קווי מתאר בעוצמת רנטגן, אשר לאחר מכן מונחת על גבי התמונה האופטית CFHT (PR Photo 19c / 03). האסטרונומים משתמשים בזה כדי לבדוק אם משהו נראה באזור הפליטה המורחבת של הרנטגן.
אם נראה משהו, העבודה עוברת לאחד הטלסקופים האופטיים / אינפרא אדום העיקריים בעולם, הטלסקופ הגדול ביותר של מצפה הכוכבים האירופי (VLT) בפרנאל (צ'ילה). באמצעות מכשירי ה- FORS הרב-מצבים, האסטרונומים מתקרבים לגלקסיות הבודדות בשטח, ומבצעים מדידות ספקטרליות החושפות את המאפיינים הכלליים שלהם, בפרט את ההיסט-אדום שלהם ומכאן המרחק.
לגלקסיות האשכול יש מרחקים דומים ומדידה זו מספקת בסופו של דבר, בממוצע, את מרחק האשכול כמו גם את פיזור המהירות באשכול. מכשירי ה- FORS הם היעילים והמגוונים ביותר לעבודה מסוג זה, ולוקחים את הספקטרום הממוצע של 30 גלקסיות בכל פעם.
התצפיות הספקטרוסקופיות הראשונות שהוקדשו לזיהוי ומדידת ההיסטה האדומה של אשכולות הגלקסיה XMM-LSS התקיימו במהלך שלושה לילות בסתיו 2002.
החל ממרץ 2003 היו רק 5 אשכולות ידועים בספרות בהיסטה אדומה כה גדולה עם מספיק משמרות אדומות ספקטרוסקופיות בכדי לאפשר הערכה של פיזור המהירות. אולם ה- VLT איפשר להשיג את הפיזור באשכול רחוק תוך שעתיים בלבד, והעלה ציפיות גדולות לעבודה עתידית.
700 ספקטרום ...
מרגריט פייר מרוצה מאוד: מזג האוויר ותנאי העבודה ב- VLT היו אופטימליים. בשלושה לילות בלבד נצפו 12 שדות מצרר, שהניבו לא פחות מ- 700 ספקטרקס גלקסיות. האסטרטגיה הכוללת הוכחה כמוצלחת מאוד. יעילות הצפייה הגבוהה של ה- VLT ו- FORS תומכים בתוכנית שלנו לבצע מחקרי מעקב של מספר גדול של אשכולות רחוקים עם מעט זמן צפייה יחסית. זה מייצג עלייה משמעותית ביותר ביעילות בהשוואה לחיפושים קודמים.
תוכנית המחקר הנוכחית החלה היטב, והדגימה בבירור את היתכנותה של גישה רב-טלסקופית חדשה זו ואת היעילות הגבוהה ביותר שלה. ומרגריט פייר ועמיתיה כבר רואים את התוצאות המרתקות הראשונות: נראה כי הדבר מאשר כי מספר האשכולות לפני 7,000 מיליון שנה אינו שונה מעט מזה של ימינו. התנהגות מסוימת זו ניבאה על ידי דגמי היקום המתרחבים לנצח, ומניעים את אשכולות הגלקסיה יותר ויותר זה מזה.
חשוב לא פחות, גישה מולטי-טלסקופ רב-אורך גל זה, שפותחה על ידי קונסורציום XMM-LSS לאיתור אשכולות גלקסיות, מהווה גם כן את הצעד הבא המכריע בסינרגיה הפורייה בין החלל לבין מצפה הכוכבים הקרקעי ולכן הוא אבן בניין בסיסית של מצפה כוכבים וירטואלי הקרוב.
עוד מידע
עבודה זו מבוססת על שני מאמרים שיפורסמו בכתב העת המקצועי לאסטרונומיה, אסטרונומיה ואסטרופיסיקה (סקר XMM-LSS: I. מניעים מדעיים, תכנון ותוצאות ראשונות מאת מרגריט פייר ואח ', אסטרו-ph / 0305191 ו- XMM סקר LSS: II. אשכולות גלקסיות גבוהות ראשוניים עם חילוף אדום: מערכות רגועות וקורסות על ידי איוון וולטנצ'נוב ואח ', astro-ph / 0305192).
ד"ר מ. פייר יישא שיחה מוזמנת בנושא זה בסימפוזיון IAU 216 - מפות הקוסמוס - ביום חמישי הקרוב, 17 ביולי 2003, במהלך האסיפה הכללית של IAU 2003 בסידני, אוסטרליה.
הערות
[1]: מדובר בשחרור מתואם של ESO / ESA.
[2]: קונסורציום XMM-LSS מוביל על ידי Service d'Astrophysique du CEA (צרפת) ומורכב ממכונים מבריטניה, אירלנד, דנמרק, הולנד, בלגיה, צרפת, איטליה, גרמניה, ספרד וצ'ילה. את עמוד הבית של פרויקט XMM-LSS ניתן למצוא בכתובת http://vela.astro.ulg.ac.be/themes/spatial/xmm/LSS/index_e.html
[3]: באסטרונומיה, "השינוי האדום" מציין את השבר שבאמצעותו מועברים הקווים בספקטרום האובייקט לעבר אורכי גל ארוכים יותר. מכיוון שההיסטה האדומה של אובייקט קוסמולוגי גדלה עם המרחק, ההיסטה האדומה הנצפית של גלקסיה מרוחקת מספקת גם הערכה של המרחק שלה.
המקור המקורי: פרסום חדשות ESO
