Planck sięga tam, gdzie wzrok nie sięga

Fot. Nowa supergromada widziana „oczami” satelity Planck
i XMM-Newton. Źródło: ESA.

Gromady galaktyk to wielkie konglomeraty skupiające do 1000 galaktyk. W latach 70. XX w. odkryto w nich znaczne ilości gorącego gazu promieniującego na falach X. W jeszcze większej skali gromady galaktyk łącza się w supergomady galaktyk. Chcielibyśmy poznać jak najwięcej z nich, bo to pomoże odpowiedzieć na pytanie, jak rozwijały się przez miliony lat te wielkoskalowe struktury.

Satelita Planck ogląda Wszechświat na falach mikrofalowych, a jego zadaniem jest badanie kosmicznego promieniowania tła (CMB) - najstarszego światła, które do nas dochodzi. Planck wyposażony jest w układ detektorów czułych w zakresie 30 - 857 GHz. Dzięki temu można rozróżnić co jest prawdziwym sygnałem promieniowania CMB, a co sygnałem płynącym z gwiazdy, mgławicy i innych obiektów przesłaniających najstarszy sygnał Kosmosu.

Ten szerokopasmowy układ pozwala również Planckowi zobaczyć odległe gromady galaktyk, które umknęły z pola widzenia innych satelitów. W tym celu wykorzystuje się zjawisko znane jako efekt Sunyaeva-Zel'dovicha (SZ lub Sunajewa-Zeldowicza, bo pochodzi od nazwisk dwu rosyjskich fizyków: Raszida Sunajewa i Jakowa Zeldowicza). Na czym polega?

Gdy fotony CMB przechodzą przez gorący gaz w gromadach galaktyk, zderzają się z elektronami, które mają dużą energię i fotony CMB ulegają rozproszeniu. W wyniku zderzeń, w tzw. odwrotnym efekcie Comptona, fotony CMB zyskują dodatkową porcję energii i z zakresu mikrofal 'wskakują' do krótszych fal. W obserwacjach widać chłodne plamy na niebie, tam gdzie CMB przeszło przez taki gorący, zjonizowany gaz. W konsekwencji widmo CMB ulega zniekształceniu, ale nie jest to dla astronomów powód do zmartwień, ale sposób na wykrycie bardzo odległych gromad galaktyk.

Po przejściu przez gorący gaz gromady część fotonów zostanie wzbudzona do wyższych częstości, więc średnio będzie w widmie więcej fotonów o wyższej energii i nieco mniej fotonów o niższej energii (w stosunku do niezaburzonego widma CMB). Graniczna wartość oddzielająca niedobory od nadwyżek to 217GHz. Detektory Plancka zostały tak dobrane, by pokryć częstości poniżej i powyżej tej wartości, a jeden z kanałów czuły jest dokładnie na tę wartość częstości promieniowania.

Fot. Wielopasmowe obserwacje gromady galaktyk Abell 2319. 4 zdjęcia z lewej strony pokazują brak fotonów CMB, czyli chłodniejszą plamę na niebie. Dwa zdjęcia z prawej pokazują nadwyżkę fotonów CMB w stosunku do średniej wartości. Trzeci obraz z prawej wykonany został częstości 217GHz, która oddziela obszar nadwyżki od obszaru niedoboru fotonów CMB. Zdjęcia pokazują obszar 2° x 2°. Kliknij, żeby powiększyć. Źródło: ESA/ LFI & HFI Consortia.

Najpierw sprawdzono, czy sposób znajdowania gromad galaktyk tym sposobem zadziała. Planck „popatrzył” na dwie dobrze znane gromady galaktyk: Abell 2319 oraz Coma. Wykorzystując efekt SZ zobaczył je niemal tak dokładnie jak i inne satelity, które czułe są na promieniowanie X wysyłane przez gorący gaz z gromady. Kolejne znajdowane przez niego gromady porównywano ze skatalogowanymi gromadami galaktyk np. z przeglądu satelity Rossat. Aż znaleziono gromadę, której w tym katalogu nie było...

Aby upewnić się, że Planck rzeczywiście znalazł nową gromadę galaktyk, w ten sam punkt na niebie „popatrzył” czuły w zakresie promieniowania X satelita XMM-Newton. Mając lepszą zdolność rozdzielczą niż Planck, zobaczył, że nie jest to jedna, ale aż trzy gromady galaktyk!

Efekt Sunajewa-Zeldowicza znany jest od dawna, ale po raz pierwszy posłużył do odkrycia nowej, nieznanej gromady galaktyk (a raczej supergromady złożonej z 3 gromad). Łącząc możliwości tych dwu satelitów możemy spodziewać się dalszych odkryć największych struktur w Kosmosie.


19 października 2010
Źródło |
Karolina Zawada

Liczba odsłon: 1664