Сканируя небо в поиске рентгеновских источников, рентгеновская обсерватория XMM-Newton ЕКА провела XXL Survey – самая крупная программа наблюдений на сегодня. Недавно выпустили вторую партию данных из обзора, в том числе информацию о 365 галактических скоплений, в которых прослеживается крупномасштабная структура Вселенной и ее эволюционные этапы во времени с 26000 активных галактических ядер (AGN).
Изучая две большие небесные части с повышенной чувствительностью, эта рентгеновская съемка стала первой по обнаружению достаточного количества галактических скоплений и AGN, чтобы ученые смогли отобразить распределение таких объектов в далекой Вселенной в беспрецедентных подробностях. Результаты подкрепили ожидания от принятой сейчас космологической модели.
Рентгеновские лучи создаются в одних из наиболее энергичных процессов Вселенной. Однако они блокируются земной атмосферой, поэтому наблюдать за событиями можно только из космоса. При обзоре телескопы в основном фиксируют два источника: горячий газ, пронизывающий галактические скопления, и активные галактические ядра (AGN) – яркие компактные области в центрах некоторых галактик, скрывающих питающуюся сверхмассивную черную дыру.
XMM-Newton от ЕКА считается одним из мощнейших рентгеновских телескопов. За последние 8 лет он потратил 2000 часов работы на измерение рентгеновского излучения в рамках XXL Survey, где просматривали две области кажущегося пустого неба (по 25 квадратных градусов на каждую). Первый набор данных выпустили в 2015 году. Он включал 100 ярчайших галактических скоплений и 1000 AGN.
Исследование показало, что рентгеновские скопления настолько отдалены, что свет отправился к нам в момент половины возраста современной Вселенной, а AGN проживают еще дальше! Некоторые источники настолько удалены, что телескоп получил от них не больше 50 рентгеновских фотонов, что затрудняет определение их истинной природы.
Материя во Вселенной распределена неравномерно, но формирует космическую нитевидную паутину, сформированную гравитацией и галактическими скоплениями. Последние считаются крупнейшими структурами пространства, отслеживающими пики максимальной плотности. За счет этого становятся мощным инструментом для ответов на интригующие космологические вопросы.
Структура и эволюция пространства описываются набором космологических параметров, включающих плотность различных компонентов и скорость расширения Вселенной. Сейчас у нас есть достаточно точные показатели, однако для более детального описания вселенской структуры нужно охватить большие масштабы. Конечная цель XXL Survey – предоставить обширный и детализированный каталог скоплений, который можно использовать для ограничения космологических параметров.
Спутник ЕКА Планка определил значения космологических параметров, изучив реликтовое излучение – данные из самой ранней Вселенной. После получения информации от XXL Survey, исследователи сопоставили эти значения. Оказывается, распределение скоплений и AGN согласуется с общепринятой космологической моделью, прибегающей к постоянной Эйнштейна в качестве объяснения ускоряющегося расширения Вселенной.
AGN сложно использовать для оценки, потому что на их характеристику влияет много внешних факторов. Поэтому исследователи использовали данные AGN от XXL Survey, чтобы разобраться в процессе формирования и развития черных дыр.
Благодаря XXL Survey ученые смогли впервые измерить эффект трехмерного формирования отдаленных скоплений и AGN в крайне больших масштабах. Для дальнейшего исследования космических нитей планируют использовать будущий спутник Euclid, который сможет наблюдать за светом, излучаемым 10 млрд. лет назад.
Обзоры от XMM-Newton также подняли новые вопросы касательно физики галактических скоплений, которые планируют детально изучить следующей миссией ЕКА Athena в 2031 году. Аппарат сумеет наблюдать за еще более отдаленными скоплениями, предоставляя больше сведений о вселенской эволюции.