Crédito de imagem: ESO
Uma equipe de astrônomos europeus e chilenos descobriu vários grandes aglomerados de galáxias a uma distância de 8 bilhões de anos-luz, o que deve fornecer informações sobre a estrutura e evolução do Universo. Os aglomerados de galáxias foram descobertos combinando imagens do telescópio espacial XMM-Newton da ESA e o Very Large Telescope do ESO. Os aglomerados de galáxias não se espalham uniformemente, mas parecem amarrados pelo universo como uma teia, e até agora parece que a forma desses aglomerados não mudou desde que o universo era muito jovem
Usando o satélite ESA XMM-Newton, uma equipe de astrônomos europeus e chilenos [2] obteve a imagem de raio-X de "campo amplo" mais profunda do mundo até hoje. Essa visão penetrante, quando complementada com observações de alguns dos maiores e mais eficientes telescópios ópticos terrestres, incluindo o Very Large Telescope (VLT) do ESO, resultou na descoberta de vários grandes aglomerados de galáxias.
Esses primeiros resultados de um ambicioso programa de pesquisa são extremamente promissores e abrem caminho para um censo muito abrangente e completo de aglomerados de galáxias em várias épocas. Baseando-se na principal tecnologia astronômica e com uma eficiência observacional inigualável, este projeto deve fornecer novas idéias sobre a estrutura e evolução do universo distante.
A web universal
Ao contrário dos grãos de areia de uma praia, a matéria não se espalha uniformemente por todo o Universo. Em vez disso, concentra-se em galáxias que se reúnem em aglomerados (e até aglomerados de aglomerados). Esses aglomerados são "amarrados" por todo o Universo em uma estrutura semelhante a uma teia, cf. ESO PR 11/01.
Nossa galáxia, a Via Láctea, por exemplo, pertence ao chamado Grupo Local, que também compreende "Messier 31", a Galáxia de Andrômeda. O Grupo Local contém cerca de 30 galáxias e mede alguns milhões de anos-luz de diâmetro. Outros clusters são muito maiores. O cluster Coma contém milhares de galáxias e mede mais de 20 milhões de anos-luz. Outro exemplo bem conhecido é o aglomerado de Virgem, cobrindo nada menos que 10 graus no céu!
Aglomerados de galáxias são as estruturas mais maciças do Universo. Eles têm massas da ordem de mil milhões de milhões de vezes a massa do nosso Sol. Sua distribuição espacial tridimensional e densidade numérica mudam com o tempo cósmico e fornecem informações sobre os principais parâmetros cosmológicos de uma maneira única.
Cerca de um quinto da massa opticamente invisível de um aglomerado está na forma de um gás quente difuso entre as galáxias. Esse gás tem uma temperatura da ordem de várias dezenas de milhões de graus e uma densidade da ordem de um átomo por litro. A temperaturas tão altas, produz uma poderosa emissão de raios-X.
Observar esse gás intergalático e não apenas as galáxias individuais é como ver os edifícios de uma cidade durante o dia, não apenas as janelas iluminadas à noite. É por isso que aglomerados de galáxias são melhor descobertos usando satélites de raios-X.
Usando satélites de raios-X anteriores, os astrônomos realizaram estudos limitados da estrutura em larga escala do Universo próximo. No entanto, até agora não possuíam os instrumentos para estender a busca a grandes volumes do universo distante.
As observações de campo amplo XMM-Newton
Marguerite Pierre (CEA Saclay, França), com uma equipe de astrônomos europeus / chilenos conhecida como consórcio XMM-LSS [2], usou o amplo campo de visão e a alta sensibilidade do observatório de raios-X da ESA XMM-Newton para procure aglomerados remotos de galáxias e mapeie sua distribuição no espaço. Eles puderam rever cerca de 7.000 milhões de anos para uma era cosmológica em que o Universo tinha cerca da metade do tamanho e idade atuais, quando aglomerados de galáxias estavam mais compactos.
O rastreamento dos clusters é um processo meticuloso e de várias etapas, que requer telescópios espaciais e terrestres. De fato, a partir de imagens de raios X com XMM, foi possível selecionar várias dezenas de objetos candidatos a agrupamentos, identificados como áreas de maior radiação X (cf. PR Photo 19b / 03).
Mas não basta ter candidatos! Eles devem ser confirmados e estudados com telescópios terrestres. Em conjunto com o XMM-Newton, Pierre usa o gerador de imagens de campo muito amplo conectado ao telescópio Canadá-França-Havaí, de 4 m, em Mauna Kea, Havaí, para tirar uma foto óptica da mesma região do espaço. Um programa de computador personalizado vasculha os dados XMM-Newton procurando concentrações de raios-X que sugerem estruturas grandes e estendidas. Estes são os aglomerados e representam apenas cerca de 10% das fontes de raios-X detectadas. Os outros são principalmente galáxias ativas distantes.
De volta ao chão
Quando o programa encontra um cluster, ele amplia o zoom nessa região e converte os dados XMM-Newton em um mapa de contorno da intensidade de raios-X, que é sobreposto à imagem óptica CFHT (PR Photo 19c / 03). Os astrônomos usam isso para verificar se alguma coisa é visível dentro da área de emissão de raios-X extendida.
Se algo é visto, o trabalho muda para um dos principais telescópios ópticos / infravermelhos do mundo, o Very Large Telescope (VLT) do Observatório Europeu do Sul, em Paranal (Chile). Por meio dos instrumentos multimodais FORS, os astrônomos aproximam-se das galáxias individuais em campo, fazendo medições espectrais que revelam suas características gerais, em particular o desvio para o vermelho e, portanto, a distância.
As galáxias de aglomerados possuem distâncias semelhantes e essas medidas fornecem, em média, a distância do aglomerado, bem como a dispersão de velocidade no aglomerado. Os instrumentos FORS estão entre os mais eficientes e versáteis para esse tipo de trabalho, considerando espectros médios de 30 galáxias por vez.
As primeiras observações espectroscópicas dedicadas à identificação e medição do desvio para o vermelho dos aglomerados de galáxias XMM-LSS ocorreram durante três noites no outono de 2002.
Em março de 2003, havia apenas 5 grupos conhecidos na literatura em um desvio para o vermelho tão grande com desvios do vermelho medidos espectroscopicamente o suficiente para permitir uma estimativa da dispersão da velocidade. Mas o VLT permitiu obter a dispersão em um cluster distante em apenas 2 horas, aumentando as grandes expectativas para trabalhos futuros.
700 espectros…
Marguerite Pierre está extremamente contente: o tempo e as condições de trabalho no VLT foram ótimas. Em apenas três noites, 12 campos de aglomerados foram observados, produzindo nada menos que 700 espectros de galáxias. A estratégia geral foi muito bem-sucedida. A alta eficiência de observação do VLT e FORS apóia nosso plano de realizar estudos de acompanhamento de um grande número de clusters distantes com relativamente pouco tempo de observação. Isso representa um aumento mais substancial em eficiência em comparação com pesquisas anteriores.
O presente programa de pesquisa começou bem, demonstrando claramente a viabilidade dessa nova abordagem multi-telescópio e sua eficiência muito alta. E Marguerite Pierre e seus colegas já estão vendo os primeiros resultados tentadores: parece confirmar que o número de clusters há 7.000 milhões de anos é um pouco diferente do de hoje. Esse comportamento específico é previsto por modelos do Universo que se expandem para sempre, separando os aglomerados de galáxias cada vez mais.
Igualmente importante, essa abordagem de vários comprimentos de onda e vários telescópios, desenvolvida pelo consórcio XMM-LSS para localizar aglomerados de galáxias, também constitui um próximo passo decisivo na sinergia fértil entre os observatórios espaciais e terrestres e é, portanto, um elemento básico do próximo Observatório Virtual.
Mais Informações
Este trabalho é baseado em dois artigos a serem publicados na revista profissional de astronomia, Astronomy and Astrophysics (pesquisa XMM-LSS: I. Motivações científicas, design e primeiros resultados de Marguerite Pierre et al., Astro-ph / 0305191 e The XMM - Levantamento de LSS: II - Primeiros aglomerados de galáxias com alto desvio para o vermelho: sistemas relaxados e em colapso por Ivan Valtchanov et al., Astro-ph / 0305192).
O Dr. M. Pierre fará uma palestra convidada sobre esse assunto no Simpósio da IAU 216 - Mapas do Cosmos - nesta quinta-feira, 17 de julho de 2003, durante a Assembléia Geral da IAU em Sydney, na Austrália.
Notas
[1]: Esta é uma versão coordenada do ESO / ESA.
[2]: O consórcio XMM-LSS é liderado pelo Serviço d'Astrophysique du CEA (França) e consiste em institutos do Reino Unido, Irlanda, Dinamarca, Holanda, Bélgica, França, Itália, Alemanha, Espanha e Chile. A página inicial do projeto XMM-LSS pode ser encontrada em http://vela.astro.ulg.ac.be/themes/spatial/xmm/LSS/index_e.html
[3]: Na astronomia, o “desvio para o vermelho” denota a fração pela qual as linhas no espectro de um objeto são deslocadas para comprimentos de onda mais longos. Como o desvio para o vermelho de um objeto cosmológico aumenta com a distância, o desvio para o vermelho observado de uma galáxia remota também fornece uma estimativa de sua distância.
Fonte original: Comunicado de imprensa do ESO
