Tín dụng hình ảnh: ESO
Một nhóm các nhà thiên văn học châu Âu và Chile đã phát hiện ra một số cụm thiên hà lớn ở khoảng cách 8 tỷ năm ánh sáng sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về cấu trúc và sự tiến hóa của Vũ trụ. Các cụm thiên hà được phát hiện bằng cách kết hợp hình ảnh từ kính viễn vọng không gian ESA L X-Newton và Kính thiên văn rất lớn ESO. Các cụm thiên hà không được lan truyền đều, nhưng xuất hiện xuyên qua Vũ trụ như một trang web, và cho đến nay, dường như hình dạng của các cụm này đã thay đổi từ khi Vũ trụ còn rất trẻ ..
Sử dụng vệ tinh ESA XMM-Newton, một nhóm các nhà thiên văn học châu Âu và Chile [2] đã thu được hình ảnh tia X trường rộng nhất sâu nhất thế giới. Quan điểm xuyên thấu này, khi được bổ sung bằng các quan sát của một số kính viễn vọng quang học mặt đất lớn nhất và hiệu quả nhất, bao gồm Kính thiên văn rất lớn ESO (VLT), đã dẫn đến việc phát hiện ra một số cụm thiên hà lớn.
Những kết quả ban đầu từ một chương trình nghiên cứu đầy tham vọng là vô cùng hứa hẹn và mở đường cho một cuộc điều tra dân số rất toàn diện và kỹ lưỡng về các cụm thiên hà ở các thời đại khác nhau. Dựa vào công nghệ thiên văn quan trọng nhất và với hiệu quả quan sát vô song, dự án này được thiết lập để cung cấp những hiểu biết mới về cấu trúc và sự tiến hóa của Vũ trụ xa xôi.
Các trang web phổ quát
Không giống như những hạt cát trên bãi biển, vật chất không được trải đều trên toàn vũ trụ. Thay vào đó, nó tập trung thành các thiên hà, chúng tập hợp thành các cụm (và thậm chí là các cụm). Các cụm này là các chuỗi strung trên khắp vũ trụ trong một cấu trúc giống như web, xem ESO PR 11/01.
Chẳng hạn, thiên hà của chúng ta, thuộc về dải ngân hà, thuộc về cái gọi là Nhóm địa phương, cũng bao gồm cả Mess Messier 31, một thiên hà Andromeda. Nhóm địa phương chứa khoảng 30 thiên hà và có chiều dài vài triệu năm ánh sáng. Các cụm khác lớn hơn nhiều. Cụm Coma chứa hàng ngàn thiên hà và đo được hơn 20 triệu năm ánh sáng. Một ví dụ nổi tiếng khác là cụm Xử Nữ, bao phủ không dưới 10 độ trên bầu trời!
Các cụm thiên hà là cấu trúc ràng buộc lớn nhất trong Vũ trụ. Chúng có khối lượng gấp một nghìn triệu triệu lần Mặt trời của chúng ta. Phân bố không gian ba chiều và mật độ số của chúng thay đổi theo thời gian vũ trụ và cung cấp thông tin về các thông số vũ trụ chính theo cách độc đáo.
Khoảng một phần năm khối lượng vô hình quang học của một cụm ở dạng khí nóng khuếch tán ở giữa các thiên hà. Khí này có nhiệt độ theo thứ tự vài chục triệu độ và mật độ của thứ tự một nguyên tử trên một lít. Ở nhiệt độ cao như vậy, nó tạo ra phát xạ tia X mạnh mẽ.
Quan sát khí liên thiên hà này và không chỉ các thiên hà riêng lẻ giống như nhìn thấy các tòa nhà của một thành phố vào ban ngày, không chỉ là các cửa sổ được chiếu sáng vào ban đêm. Đây là lý do tại sao các cụm thiên hà được phát hiện tốt nhất bằng cách sử dụng các vệ tinh tia X.
Sử dụng các vệ tinh tia X trước đây, các nhà thiên văn học đã thực hiện các nghiên cứu hạn chế về cấu trúc quy mô lớn của Vũ trụ gần đó. Tuy nhiên, cho đến nay họ thiếu các công cụ để mở rộng tìm kiếm đến khối lượng lớn của Vũ trụ xa xôi.
Các quan sát trường rộng XMM-Newton
Marguerite Pierre (CEA Saclay, Pháp), với một nhóm các nhà thiên văn học châu Âu / Chile được gọi là tập đoàn XMM-LSS [2], đã sử dụng trường quan sát lớn và độ nhạy cao của đài quan sát tia X của ESA tìm kiếm các cụm thiên hà từ xa và vạch ra sự phân bố của chúng trong không gian. Họ có thể nhìn lại khoảng 7.000 triệu năm trước thời đại vũ trụ khi Vũ trụ chỉ bằng một nửa kích thước và tuổi hiện tại của nó, khi các cụm thiên hà được đóng gói chặt chẽ hơn.
Theo dõi các cụm là một quá trình nhiều bước khó khăn, đòi hỏi cả kính viễn vọng không gian và mặt đất. Thật vậy, từ hình ảnh tia X với XMM, có thể chọn một vài chục đối tượng ứng cử viên cụm, được xác định là khu vực của bức xạ X được tăng cường (cf PR Ảnh 19b / 03).
Nhưng có ứng viên là chưa đủ! Chúng phải được xác nhận và nghiên cứu thêm với kính viễn vọng trên mặt đất. Song song với XMM-Newton, Pierre sử dụng thiết bị chụp ảnh trường rất rộng gắn với Kính viễn vọng Canada-Pháp-Hawaii 4 m, trên Mauna Kea, Hawaii, để chụp ảnh quang học cùng khu vực trong không gian. Sau đó, một chương trình máy tính được thiết kế riêng sẽ kết hợp dữ liệu XMM-Newton để tìm kiếm nồng độ tia X gợi ý các cấu trúc lớn, mở rộng. Đây là các cụm và chỉ chiếm khoảng 10% nguồn tia X được phát hiện. Những người khác chủ yếu là các thiên hà hoạt động xa.
Trở lại mặt đất
Khi chương trình tìm thấy một cụm, nó phóng to vùng đó và chuyển đổi dữ liệu XMM-Newton thành một bản đồ đường viền cường độ tia X, sau đó được đặt chồng lên hình ảnh quang CFHT (PR Photo 19c / 03). Các nhà thiên văn sử dụng điều này để kiểm tra xem có bất cứ thứ gì có thể nhìn thấy trong khu vực phát xạ tia X không.
Nếu một cái gì đó được nhìn thấy, công trình sau đó chuyển sang một trong những kính viễn vọng quang học / hồng ngoại hàng đầu thế giới, Kính thiên văn rất lớn Đài thiên văn Nam châu Âu (VLT) tại Paranal (Chile). Bằng các thiết bị đa chế độ FORS, các nhà thiên văn học phóng to các thiên hà riêng lẻ trong trường, thực hiện các phép đo quang phổ cho thấy các đặc điểm chung của chúng, đặc biệt là dịch chuyển đỏ và do đó, khoảng cách.
Các thiên hà cụm có khoảng cách tương tự và các phép đo này cuối cùng cung cấp, bằng cách tính trung bình, khoảng cách cụm sao cũng như sự phân tán vận tốc trong cụm. Các công cụ FORS là một trong những công cụ hiệu quả và linh hoạt nhất cho loại công việc này, đảm nhận phổ trung bình của 30 thiên hà tại một thời điểm.
Các quan sát phổ đầu tiên dành riêng cho việc xác định và đo độ dịch chuyển đỏ của cụm thiên hà XMM - LSS diễn ra trong ba đêm vào mùa thu năm 2002.
Tính đến tháng 3 năm 2003, chỉ có 5 cụm được biết đến trong tài liệu tại một dịch chuyển đỏ lớn như vậy với các dịch chuyển đỏ được đo bằng quang phổ đủ để cho phép ước tính độ phân tán vận tốc. Nhưng VLT cho phép có được sự phân tán trong một cụm ở xa chỉ trong 2 giờ, làm tăng kỳ vọng lớn cho công việc trong tương lai.
700 quang phổ
Marguerite Pierre cực kỳ hài lòng: Thời tiết và điều kiện làm việc tại VLT là tối ưu. Chỉ trong ba đêm, 12 trường cụm đã được quan sát, thu được không dưới 700 quang phổ của các thiên hà. Chiến lược tổng thể tỏ ra rất thành công. Hiệu quả quan sát cao của VLT và FORS hỗ trợ kế hoạch của chúng tôi thực hiện các nghiên cứu tiếp theo về số lượng lớn các cụm ở xa với thời gian quan sát tương đối ít. Điều này thể hiện sự gia tăng đáng kể nhất về hiệu quả so với các tìm kiếm trước đây.
Chương trình nghiên cứu hiện tại đã bắt đầu tốt, chứng minh rõ ràng tính khả thi của phương pháp đa kính thiên văn mới này và hiệu quả rất cao của nó. Và Marguerite Pierre và các đồng nghiệp của cô đã nhìn thấy kết quả trêu ngươi đầu tiên: dường như xác nhận rằng số cụm 7.000 triệu năm trước có chút khác biệt so với ngày nay. Hành vi đặc biệt này được dự đoán bởi các mô hình của Vũ trụ mở rộng mãi mãi, khiến các cụm thiên hà ngày càng xa nhau.
Quan trọng không kém, cách tiếp cận đa kính thiên văn, đa bước sóng này được phát triển bởi tập đoàn XMM-LSS để xác định vị trí các cụm thiên hà cũng tạo thành bước tiếp theo quyết định trong sự kết hợp màu mỡ giữa không gian và đài quan sát trên mặt đất và do đó là một khối xây dựng cơ bản của Đài quan sát ảo sắp tới.
Thêm thông tin
Công trình này dựa trên hai bài báo được công bố trên tạp chí thiên văn học chuyên nghiệp là Thiên văn học và Vật lý thiên văn (Khảo sát XMM-LSS: I. Động lực khoa học, thiết kế và kết quả đầu tiên của Marguerite Pierre và cộng sự, astro-ph / 0305191 và XMM -LSS khảo sát: II. Các cụm thiên hà dịch chuyển đỏ cao đầu tiên: các hệ thống thư giãn và sụp đổ của Ivan Valtchanov và cộng sự, astro-ph / 0305192).
Tiến sĩ M. Pierre sẽ có một cuộc nói chuyện được mời về chủ đề này tại Hội nghị chuyên đề IAU 216 - Bản đồ vũ trụ - thứ năm ngày 17 tháng 7 năm 2003 trong Đại hội đồng IAU 2003 tại Sydney, Úc.
Ghi chú
[1]: Đây là bản phát hành ESO / ESA phối hợp.
. Trang chủ của dự án XMM-LSS có thể được tìm thấy tại http://vela.astro.ulg.ac.be/theme/spatial/xmm/LSS/index_e.html
[3]: Trong thiên văn học, các redshift của Hồi giáo biểu thị phân số theo đó các đường trong phổ của một vật thể được dịch chuyển theo các bước sóng dài hơn. Do độ dịch chuyển đỏ của vật thể vũ trụ tăng theo khoảng cách, nên độ dịch chuyển đỏ quan sát được của một thiên hà xa cũng cung cấp ước tính khoảng cách của nó.
Nguồn gốc: ESO News Release
