Een internationaal team van astronomen [2] is erin geslaagd de snelheden van een groot aantal planetaire nevels [3] in de intergalactische ruimte binnen de Maagdcluster van sterrenstelsels met hoge precisie te meten. Hiervoor gebruikten ze de zeer efficiënte FLAMES-spectrograaf [4] op de ESO Very Large Telescope van de Paranal Observatory (Chili).
Deze planetaire nevelsterren die vrij zweven in de anders schijnbaar lege ruimte tussen de sterrenstelsels van grote clusters, kunnen worden gebruikt als 'sondes' van de zwaartekrachten die in deze clusters werken. Ze volgen de massa's, zowel zichtbaar als onzichtbaar, binnen deze regio's. Hierdoor kunnen astronomen op hun beurt de vormingsgeschiedenis van deze grote gebonden structuren in het universum bestuderen.
De nauwkeurige snelheidsmetingen van 40 van deze sterren bevestigen het beeld dat Maagd een zeer niet-uniforme cluster van sterrenstelsels is, bestaande uit verschillende subeenheden die nog geen tijd hebben gehad om tot evenwicht te komen. Deze nieuwe gegevens laten duidelijk zien dat de Maagdcluster van sterrenstelsels nog in ontwikkeling is.
Ze bewijzen ook voor het eerst dat een van de heldere sterrenstelsels in de onderzochte regio, Messier 87, een zeer uitgebreide halo van sterren heeft, die tot 65 kpc reikt. Dit is meer dan twee keer zo groot als ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg.
Een jonge cluster
Op een afstand van ongeveer 50 miljoen lichtjaar is de Maagdcluster de dichtstbijzijnde cluster van sterrenstelsels. Het bevindt zich in het sterrenbeeld Maagd (de Maagd) en bevat vele honderden sterrenstelsels, variërend van gigantische en enorme elliptische sterrenstelsels en spiralen zoals onze eigen Melkweg, tot dwergstelsels, honderden malen kleiner dan hun grote broeders. De Franse astronoom Charles Messier heeft 16 leden van de Maagd-cluster ingevoerd in zijn beroemde catalogus van nevels. Een afbeelding van de kern van het cluster, verkregen met de Wide Field Imager-camera op de ESO La Silla Observatory, werd vorig jaar gepubliceerd als PR Photo 04a / 03.
Men denkt dat clusters van sterrenstelsels gedurende een lange periode zijn gevormd door de assemblage van kleinere entiteiten, door de sterke aantrekkingskracht van donkere en lichtgevende materie. De Maagd-cluster wordt beschouwd als een relatief jonge cluster omdat eerdere studies kleine "subclusters van sterrenstelsels" rond de grote sterrenstelsels Messier 87, Messier 86 en Messier 49 hebben onthuld. Deze subclusters moeten nog samenvloeien tot een dichtere en soepeler melkwegcluster.
Recente waarnemingen hebben aangetoond dat de zogenaamde "intracluster" -ruimte, het gebied tussen sterrenstelsels in een cluster, doordrongen is van een schaarse "intracluster-populatie van sterren", die gebruikt kan worden om de structuur van de cluster in detail te bestuderen.
Kosmische zwervers
De eerste ontdekkingen van intraclustersterren in de Maagd-cluster werden in 1996 door de Italiaanse astronoom Magda Arnaboldi (Torino Observatory, Italië) en haar collega's op een serendipistische manier gedaan. Om de uitgebreide halo's van sterrenstelsels in de Maagd-cluster te bestuderen, met de ESO New Technologie-telescoop in La Silla, zochten ze naar objecten die bekend staan als "planetaire nevels" [3].
Planetaire nevels (PNe) kunnen tot grote afstanden van hun sterke emissielijnen worden gedetecteerd. Deze smalle emissielijnen zorgen ook voor een nauwkeurige meting van hun radiale snelheden. Planetaire nevels kunnen dus dienen om de bewegingen van sterren in de halogebieden van verre melkwegstelsels te onderzoeken.
In hun studie ontdekten de astronomen dat verschillende planetaire nevels blijkbaar niet gerelateerd zijn aan sterrenstelsels, maar zich verplaatsen in het zwaartekrachtveld van de hele cluster. Deze 'zwervers' behoorden tot een nieuw ontdekte intraclusterpopulatie van sterren.
Sinds deze eerste waarnemingen zijn er honderden van deze zwervers ontdekt. Ze moeten het topje van de ijsberg vertegenwoordigen van een enorme populatie van sterren die tussen de sterrenstelsels in deze enorme clusters rondzwermen. Aangezien planetaire nevels het laatste stadium zijn van gewone sterren met een lage massa - zoals onze zon - zijn ze representatief voor de stellaire populatie in het algemeen. En aangezien planetaire nevels nogal van korte duur zijn (enkele tienduizenden jaren - een blitz op astronomische tijdschalen), kunnen astronomen schatten dat één ster op ongeveer 8000 miljoen zonnestype-sterren op elk moment zichtbaar is als een planetaire nevel. Er moet dus een vergelijkbaar aantal sterren tussen sterrenstelsels zijn als in de sterrenstelsels zelf. Maar omdat ze in zo'n groot volume zijn verdund, zijn ze nauwelijks waarneembaar.
Omdat deze sterren overwegend oud zijn, is de meest waarschijnlijke verklaring voor hun aanwezigheid in de binnenclusterruimte dat ze zich binnen individuele sterrenstelsels hebben gevormd, die vervolgens van veel van hun sterren zijn ontdaan tijdens nabije ontmoetingen met andere sterrenstelsels tijdens de beginfase van clustervorming. Deze "verloren" sterren werden vervolgens verspreid in de binnenclusterruimte waar we ze nu vinden.
Zo kunnen planetaire nevels een uniek handvat bieden voor het aantal, het type sterren en bewegingen in gebieden met een aanzienlijke hoeveelheid massa. Hun bewegingen bevatten het fossielenverslag van de geschiedenis van de interactie tussen sterrenstelsels en de vorming van de cluster van sterrenstelsels.
Het meten van de snelheid van stervende sterren
Het internationale team van astronomen [2] ging verder met een gedetailleerde studie van de bewegingen van de planetaire nevels in het Maagd-cluster om de dynamische structuur ervan te bepalen en te vergelijken met numerieke simulaties. Daartoe voerden ze een uitdagend onderzoeksprogramma uit, gericht op het bevestigen van intracluster planetaire nevelkandidaten die ze eerder hadden gevonden en het meten van hun radiale snelheden in drie verschillende regio's ("onderzoeksvelden") in de Maagd-clusterkern.
Dit is verre van een gemakkelijke taak. De emissie in de belangrijkste zuurstofemissielijn van een planetaire nevel in Maagd is vergelijkbaar met die van een 60 watt gloeilamp op een afstand van ongeveer 6,6 miljoen kilometer, ongeveer 17 keer de gemiddelde afstand tot de maan. Bovendien zijn intracluster planetaire nevelmonsters schaars, met slechts enkele tientallen planetaire nevels in een kwart graad vierkant hemelveld - ongeveer zo groot als de maan. Spectroscopische waarnemingen vereisen dus telescopen en spectrografen van 8 meter klasse met een groot gezichtsveld. De astronomen moesten daarom vertrouwen op de FLAMES-GIRAFFE-spectrograaf op de VLT [4], met zijn relatief hoge spectrale resolutie, zijn gezichtsveld van 25 arcmin en de mogelijkheid om tot 130 spectra tegelijk op te nemen.
De astronomen bestudeerden in totaal 107 sterren, waarvan werd aangenomen dat 71 echte intracluster planetaire kandidaten waren. Ze observeerden tussen de 21 en 49 objecten tegelijkertijd gedurende ongeveer 2 uur per veld. De drie onderzochte delen van de Maagd-kern bevatten verschillende heldere sterrenstelsels (Messier 84, 86, 87 en NGC 4388) en een groot aantal kleinere sterrenstelsels. Ze zijn gekozen om verschillende entiteiten van het cluster te vertegenwoordigen.
De spectroscopische metingen konden de intracluster-aard van 40 van de onderzochte planetaire nevels bevestigen. Ze leverden ook een schat aan kennis op over de structuur van dit deel van het Maagd-cluster.
In de maak
In het eerste veld bij Messier 87 (M87) maten de astronomen een gemiddelde snelheid van bijna 1250 km / s en een vrij kleine spreiding rond deze waarde. De meeste sterren in dit veld zijn dus fysiek gebonden aan het heldere sterrenstelsel M87, net zoals de aarde aan de zon is gebonden. Magda Arnaboldi legt uit: “Deze studie heeft geleid tot de opmerkelijke ontdekking dat Messier 87 een stellaire halo heeft bij benadering in dynamisch evenwicht tot ten minste 65 kpc, of meer dan 200.000 lichtjaar. Dit is meer dan twee keer zo groot als ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg, en was voorheen niet bekend. '
De snelheidsdispersie die wordt waargenomen in het tweede veld, dat ver verwijderd is van heldere sterrenstelsels, is met een factor vier groter dan in het eerste. Deze zeer grote spreiding, die aangeeft dat sterren in zeer verschillende richtingen bewegen met verschillende snelheden, vertelt ons ook dat dit veld hoogstwaarschijnlijk veel sterren binnen de sterrenhoop bevat waarvan de bewegingen nauwelijks worden beïnvloed door grote sterrenstelsels. De nieuwe gegevens suggereren als een verleidelijke mogelijkheid dat deze intraclusterpopulatie van sterren de overblijfselen zou kunnen zijn van de verstoring van kleine sterrenstelsels terwijl ze om M87 cirkelen.
De snelheidsverdeling in het derde veld, zoals afgeleid uit FLAMES-spectra, is weer anders. De snelheden laten substructuren zien die verband houden met de grote sterrenstelsels Messier 86, Messier 84 en NGC 4388. Hoogstwaarschijnlijk behoort de grote meerderheid van al deze planetaire nevels tot een zeer uitgebreide halo rond Messier 84.
Ortwin Gerhard (Universiteit van Basel, Zwitserland), lid van het team, is enthousiast: “Samengevat bevestigen deze snelheidsmetingen de opvatting dat de Virgo Cluster een zeer niet-uniforme en niet-ontspannen cluster van melkwegstelsels is, bestaande uit verschillende subeenheden. Met de FLAMES-spectrograaf hebben we dus de bewegingen in de Maagdcluster kunnen zien, op een moment dat de subeenheden nog steeds samenkomen. En het is zeker een bezichtiging waard! ”
Meer informatie
De resultaten die in dit ESO-persbericht worden gepresenteerd, zijn gebaseerd op een onderzoeksartikel ("De zichtlijnverdeling van de intracluster planetaire nevels in de maagdcluster-kern" door M. Arnaboldi et al.) Dat zojuist in het onderzoeksjournaal is verschenen. Astrophysical Journal Letters Vol. 614, p. 33.
Opmerkingen
[1]: Het persbericht van de Universiteit van Bazel over dit onderwerp is beschikbaar op http://www.zuv.unibas.ch/uni_media/2004/20041022virgo.html.
[2]: De leden van het team zijn Magda Arnaboldi (INAF, Osservatorio di Pino Torinese, Italië), Ortwin Gerhard (Astronomisches Institut, Universit? T Basel, Zwitserland), Alfonso Aguerri (Instituto de Astrofisica de Canarias, Spanje), Kenneth C. Freeman (Mount Stromlo Observatory, ACT, Australië), Nicola Napolitano (Kapteyn Astronomical Institute, Nederland), Sadanori Okamura (Dept. of Astronomy, University of Tokyo, Japan) en Naoki Yasuda (Institute for Cosmic Ray Research, University van Tokyo, Japan).
[3]: Planetaire nevels zijn zonachtige sterren in hun laatste stervende fase waarin ze hun buitenste lagen in de omringende ruimte uitstoten. Tegelijkertijd onthullen ze hun kleine en hete stellaire kern die eruitziet als een "witte dwergster". De uitgeworpen omhulling wordt verlicht en verwarmd door de stellaire kern en straalt sterk uit in karakteristieke emissielijnen van verschillende elementen, met name zuurstof (bij golflengten 495,9 en 500,7 nm). Hun naam komt voort uit het feit dat sommige van deze objecten in de buurt, zoals de "Halternevel" (zie ESO PR Foto 38a / 98) lijken op de schijven van de gigantische planeten in het zonnestelsel wanneer ze met kleine telescopen worden bekeken.
[4]: FLAMES, de Fiber Large Array Multi-Element Spectrograph, is geïnstalleerd op de 8,2 m lange VLT KUEYEN-telescoop. Het is in staat om de spectra van een groot aantal individuele, zwakke objecten (of kleine hemelgebieden) tegelijkertijd te observeren en beslaat een luchtveld van niet minder dan 25 boogminuten in diameter, dat wil zeggen bijna net zo groot als de volle maan. Het is het resultaat van een samenwerking tussen ESO, het Observatoire de Paris-Meudon, het Observatoire de Gen? Ve-Lausanne en het Anglo Australian Observatory (AAO).
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
