Credito d'immagine: ESO
Un team di astronomi europei e cileni ha scoperto diversi grandi gruppi di galassie a una distanza di 8 miliardi di anni luce che dovrebbero fornire spunti sulla struttura e l'evoluzione dell'Universo. I cluster di galassie sono stati scoperti combinando le immagini del telescopio spaziale XMM-Newton dell'ESA e il Very Large Telescope dell'ESO. I cluster di galassie non si diffondono uniformemente, ma sembrano fissati nell'Universo come una ragnatela, e finora sembra che la forma di questi cluster non sia cambiata da quando l'Universo era molto giovane ..
Utilizzando il satellite XMM-Newton dell'ESA, un team di astronomi europei e cileni [2] ha ottenuto fino ad oggi l'immagine a raggi X "a campo largo" più profonda del mondo del cosmo. Questa visione penetrante, se integrata da osservazioni di alcuni dei più grandi ed efficienti telescopi ottici a terra, incluso il Very Large Telescope (VLT) dell'ESO, ha portato alla scoperta di numerosi grandi gruppi di galassie.
Questi primi risultati di un ambizioso programma di ricerca sono estremamente promettenti e aprono la strada a un censimento molto completo e completo di gruppi di galassie in varie epoche. Basandosi sulla principale tecnologia astronomica e con un'efficienza osservazionale senza pari, questo progetto è destinato a fornire nuove intuizioni sulla struttura e l'evoluzione dell'Universo distante.
Il web universale
A differenza dei granelli di sabbia su una spiaggia, la materia non è uniformemente diffusa in tutto l'Universo. Invece, è concentrato in galassie che a loro volta si riuniscono in ammassi (e persino ammassi di ammassi). Questi cluster sono "infilati" in tutto l'Universo in una struttura simile a un web, cfr. ESO PR 11/01.
La nostra galassia, la Via Lattea, per esempio, appartiene al cosiddetto gruppo locale che comprende anche "Messier 31", la galassia di Andromeda. Il gruppo locale contiene circa 30 galassie e misura alcuni milioni di anni luce di diametro. Altri cluster sono molto più grandi. Il cluster di coma contiene migliaia di galassie e misura oltre 20 milioni di anni luce. Un altro esempio ben noto è l'ammasso di Vergine, che copre non meno di 10 gradi sul cielo!
I gruppi di galassie sono le strutture rilegate più massicce dell'Universo. Hanno masse dell'ordine di mille milioni di milioni di volte la massa del nostro Sole. La loro distribuzione tridimensionale dello spazio e la densità numerica cambiano con il tempo cosmico e forniscono informazioni sui principali parametri cosmologici in un modo unico.
Circa un quinto della massa otticamente invisibile di un ammasso è sotto forma di un gas caldo diffuso tra le galassie. Questo gas ha una temperatura dell'ordine di diverse decine di milioni di gradi e una densità dell'ordine di un atomo per litro. A temperature così elevate, produce una potente emissione di raggi X.
Osservare questo gas intergalattico e non solo le singole galassie è come vedere gli edifici di una città di giorno, non solo le finestre illuminate di notte. Questo è il motivo per cui i gruppi di galassie sono meglio scoperti usando i satelliti a raggi X.
Utilizzando precedenti satelliti a raggi X, gli astronomi hanno eseguito studi limitati sulla struttura su larga scala dell'Universo vicino. Tuttavia, finora mancavano degli strumenti per estendere la ricerca a grandi volumi dell'Universo distante.
Le osservazioni ad ampio campo di XMM-Newton
Marguerite Pierre (CEA Saclay, Francia), con un team di astronomi europeo / cileno noto come consorzio XMM-LSS [2], ha utilizzato l'ampio campo visivo e l'elevata sensibilità dell'osservatorio a raggi X dell'ESA XMM-Newton per cercare gruppi remoti di galassie e mappare la loro distribuzione nello spazio. Potevano risalire a circa 7.000 milioni di anni fa a un'era cosmologica in cui l'Universo aveva circa la metà delle sue dimensioni ed età attuali, quando i gruppi di galassie erano pieni.
Rintracciare i cluster è un processo meticoloso e articolato che richiede sia telescopi spaziali che terrestri. In effetti, dalle immagini a raggi X con XMM, è stato possibile selezionare diverse decine di oggetti candidati cluster, identificati come aree di radiazione X potenziata (cfr. Foto PR 19b / 03).
Ma avere candidati non è abbastanza! Devono essere confermati e ulteriormente studiati con telescopi a terra. Insieme a XMM-Newton, Pierre utilizza l'imager ad ampio campo collegato al telescopio Canada-Francia-Hawaii di 4 m, a Mauna Kea, nelle Hawaii, per scattare un'istantanea ottica della stessa regione di spazio. Un programma per computer su misura quindi combina i dati XMM-Newton alla ricerca di concentrazioni di raggi X che suggeriscono strutture estese e di grandi dimensioni. Questi sono i cluster e rappresentano solo circa il 10% delle sorgenti di raggi X rilevate. Le altre sono galassie attive per lo più distanti.
Ritorno a terra
Quando il programma trova un cluster, ingrandisce quella regione e converte i dati XMM-Newton in una mappa di contorno dell'intensità dei raggi X, che viene quindi sovrapposta all'immagine ottica CFHT (Foto PR 19c / 03). Gli astronomi lo usano per verificare se qualcosa è visibile nell'area dell'emissione di raggi X estesa.
Se si vede qualcosa, il lavoro si sposta su uno dei principali telescopi ottici / a infrarossi del mondo, il Very Large Telescope (VLT) dell'Osservatorio europeo meridionale a Paranal (Cile). Per mezzo degli strumenti multimodali FORS, gli astronomi ingrandiscono le singole galassie sul campo, prendendo misure spettrali che rivelano le loro caratteristiche generali, in particolare il loro spostamento verso il rosso e quindi la distanza.
Le galassie a grappolo hanno distanze simili e queste misurazioni alla fine forniscono, in media, la distanza del cluster e la dispersione della velocità nel cluster. Gli strumenti FORS sono tra i più efficienti e versatili per questo tipo di lavoro, assumendo gli spettri medi di 30 galassie alla volta.
Le prime osservazioni spettroscopiche dedicate all'identificazione e alla misurazione del redshift degli ammassi di galassie XMM-LSS si sono svolte durante tre notti nell'autunno del 2002.
A partire da marzo 2003, c'erano solo 5 cluster noti in letteratura con un redshift così grande con abbastanza redshift spettroscopicamente misurati da consentire una stima della dispersione della velocità. Ma il VLT ha permesso di ottenere la dispersione in un cluster distante in sole 2 ore, sollevando grandi aspettative per il lavoro futuro.
700 spettri ...
Marguerite Pierre è estremamente contenta: le condizioni meteorologiche e di lavoro del VLT erano ottimali. Solo in tre notti, sono stati osservati 12 campi cluster, producendo non meno di 700 spettri di galassie. La strategia complessiva si è rivelata molto efficace. L'elevata efficienza di osservazione di VLT e FORS supporta il nostro piano per eseguire studi di follow-up su un gran numero di cluster distanti con tempi di osservazione relativamente ridotti. Ciò rappresenta un aumento sostanziale dell'efficienza rispetto alle ricerche precedenti.
Il presente programma di ricerca è iniziato bene, dimostrando chiaramente la fattibilità di questo nuovo approccio multi-telescopio e la sua altissima efficienza. E Marguerite Pierre e i suoi colleghi stanno già vedendo i primi risultati allettanti: sembra confermare che il numero di cluster 7.000 milioni di anni fa è leggermente diverso da quello di oggi. Questo comportamento particolare è previsto da modelli dell'Universo che si espandono per sempre, spingendo i gruppi di galassie sempre più a parte.
Altrettanto importante, questo approccio multi-lunghezza d'onda e multi-telescopio sviluppato dal consorzio XMM-LSS per localizzare ammassi di galassie costituisce anche un decisivo passo successivo nella fertile sinergia tra osservatori spaziali e terrestri ed è quindi un elemento fondamentale del prossimo osservatorio virtuale.
Maggiori informazioni
Questo lavoro si basa su due articoli che saranno pubblicati sulla rivista di astronomia professionale, Astronomia e Astrofisica (Il sondaggio XMM-LSS: I. Motivazioni scientifiche, design e primi risultati di Marguerite Pierre et al., Astro-ph / 0305191 e The XMM -LSS survey: II. Primi cluster di galassie a spostamento verso l'alto: sistemi rilassati e collassanti di Ivan Valtchanov et al., Astro-ph / 0305192).
Il Dr. M. Pierre terrà un discorso su questo argomento al Simposio IAU 216 - Mappe del Cosmo - questo giovedì 17 luglio 2003 durante l'Assemblea Generale IAU 2003 a Sydney, in Australia.
Appunti
[1]: questa è una versione coordinata ESO / ESA.
[2]: Il consorzio XMM-LSS è guidato dal servizio d'Astrophysique du CEA (Francia) ed è costituito da istituti di Regno Unito, Irlanda, Danimarca, Paesi Bassi, Belgio, Francia, Italia, Germania, Spagna e Cile. La pagina iniziale del progetto XMM-LSS è disponibile all'indirizzo http://vela.astro.ulg.ac.be/themes/spatial/xmm/LSS/index_e.html
[3]: In astronomia, il "redshift" indica la frazione con cui le linee nello spettro di un oggetto vengono spostate verso lunghezze d'onda più lunghe. Poiché lo spostamento verso il rosso di un oggetto cosmologico aumenta con la distanza, lo spostamento verso il rosso osservato di una galassia remota fornisce anche una stima della sua distanza.
Fonte originale: Comunicato stampa ESO
