掃描天空尋找x射線源，ESA的xmm -牛頓x射線天文臺(tái)一直忙于XXL研究，這是迄今為止最大的觀測(cè)項(xiàng)目。該調(diào)查研究的第二批數(shù)據(jù)剛剛發(fā)布，其中包括365個(gè)星系團(tuán)的信息，這些星系團(tuán)追蹤宇宙的大規(guī)模結(jié)構(gòu)及其隨時(shí)間的演化，以及26000個(gè)活動(dòng)星系核(AGN)的信息。通過(guò)以極高的靈敏度檢查天空兩個(gè)大區(qū)域，這是第一次x射線探測(cè)足夠的星系團(tuán)和AGN在連續(xù)的空間體積，使科學(xué)家有可能繪制出這些物體分布到遙遠(yuǎn)宇宙前所未有的細(xì)節(jié)。這些結(jié)果與目前普遍接受的宇宙學(xué)模型預(yù)期相一致。x射線是在宇宙中一些最活躍的過(guò)程中產(chǎn)生，但是由于它們被地球的大氣層所阻擋，只能從太空中觀察到。

博科園-科學(xué)科普：當(dāng)x射線望遠(yuǎn)鏡觀察銀河系外時(shí)，它們基本上可以看到兩種來(lái)源：一種是彌漫在星系團(tuán)中的熾熱氣體，另一種是活躍的星系核(AGN)（一些星系中心明亮致密的區(qū)域），在那里一個(gè)超大質(zhì)量黑洞正在吸積周圍的物質(zhì)。歐空局的xmm -牛頓望遠(yuǎn)鏡是迄今為止放置在軌道上的最強(qiáng)大的x射線望遠(yuǎn)鏡之一。在過(guò)去的8年里，作為XXL研究調(diào)查的一部分，它花了2000個(gè)小時(shí)測(cè)量x射線輻射。XXL調(diào)查通過(guò)掃描兩個(gè)看似空空如也的區(qū)域來(lái)尋找星系團(tuán)和AGN，每個(gè)區(qū)域都有25平方度(作為參考，滿月的直徑約為0.5度)。第一套XXL數(shù)據(jù)于2015年發(fā)布，它包括100個(gè)最明亮的星系團(tuán)和1000個(gè)AGN。

XXL調(diào)查的365個(gè)星系團(tuán)- x射線圖。圖片：ESA/XMM-Newton/XXL Survey

本月一份新的數(shù)據(jù)目錄發(fā)布，其中包含了驚人的365個(gè)集群和26000個(gè)AGN。使用這些數(shù)據(jù)的第一個(gè)結(jié)果發(fā)表在《天文學(xué)與天體物理學(xué)》特刊上。這項(xiàng)調(diào)查繪制了x射線簇的位置，當(dāng)宇宙只有現(xiàn)在年齡的一半時(shí)，光線就離開了它們，而AGN則離得更遠(yuǎn)。一些觀測(cè)到的源非常遙遠(yuǎn)，以至于xmm -牛頓從它們那里接收到的x射線光子不超過(guò)50個(gè)，這使得分辨它們是簇還是AGN變得很困難。發(fā)現(xiàn)星系團(tuán)和AGN相對(duì)容易，因?yàn)樗鼈兪莤射線光下唯一可見(jiàn)的星系外天體。但我們不得不使用其他幾架望遠(yuǎn)鏡來(lái)收集不同波長(zhǎng)的光線，以及廣泛的計(jì)算設(shè)備，來(lái)收集關(guān)于每個(gè)光源的更多信息，包括確定它們的性質(zhì)和距離。

宇宙中的物質(zhì)不是均勻分布的，而是由引力形成的宇宙細(xì)絲網(wǎng)，星系團(tuán)在它們的交點(diǎn)處被發(fā)現(xiàn)。星系團(tuán)是宇宙中最大的束縛實(shí)體——它們?cè)谄浯笮徒Y(jié)構(gòu)中追蹤密度最高的峰值，這使它們成為回答宇宙學(xué)問(wèn)題的有力工具。宇宙的結(jié)構(gòu)和進(jìn)化是由一組宇宙學(xué)參數(shù)描述的，這些參數(shù)包括宇宙各種成分的密度和膨脹速度。目前對(duì)其中許多參數(shù)的值相當(dāng)了解，但要更準(zhǔn)確地描述宇宙的基本結(jié)構(gòu)，需要在不同距離的大樣本宇宙示蹤劑。XXL調(diào)查的最終目標(biāo)是提供廣泛的、特征良好的星團(tuán)目錄，可以用來(lái)約束宇宙學(xué)參數(shù)。

XLSSC 006星系團(tuán)的綜合視圖，結(jié)合了歐空局的XMM-牛頓空間觀測(cè)站作為XXL調(diào)查的一部分所進(jìn)行的X射線觀測(cè)(以紫色顯示)與來(lái)自加拿大-法國(guó)-夏威夷望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)和近紅外數(shù)據(jù)-藍(lán)色(U)濾光片的三色組合，綠色的紅色濾光片和紅色的近紅外濾光片(紅色)。圖片：ESA/XMM-Newton (X-rays); CFHT (optical); XXL Survey

歐空局的普朗克衛(wèi)星通過(guò)研究宇宙微波背景來(lái)確定宇宙參數(shù)的值，微波背景是來(lái)自非常早期宇宙的信息。在使用來(lái)自XXL調(diào)查的最新數(shù)據(jù)(該數(shù)據(jù)基于來(lái)自更近期宇宙的信息)估計(jì)這些參數(shù)后，科學(xué)家們將他們的發(fā)現(xiàn)與普朗克值進(jìn)行了比較。雖然我們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)普朗克宇宙學(xué)模型所預(yù)測(cè)的那么多星系團(tuán)，但我們得到了星系團(tuán)和AGN的分布，這與目前流行的宇宙學(xué)模型一致，它利用愛(ài)因斯坦的宇宙常數(shù)來(lái)解釋宇宙的加速膨脹，而不是引用更奇異的可能性。已經(jīng)可以改進(jìn)普朗克關(guān)于宇宙常數(shù)的估計(jì)，盡管我們的分析只對(duì)XXL星系團(tuán)樣本的一半進(jìn)行過(guò)。

將在接下來(lái)的幾年里分析剩下的數(shù)據(jù)，以完善宇宙的約束。由于宇宙參數(shù)的性質(zhì)受到許多外界因素的影響，因此用AGN來(lái)估計(jì)其值比較困難。相反科學(xué)家們一直在使用來(lái)自XXL調(diào)查的AGN數(shù)據(jù)來(lái)了解更多關(guān)于黑洞如何形成和進(jìn)化的信息。XXL是科學(xué)家第一次能夠測(cè)量出遠(yuǎn)距離x射線簇和AGN在超大尺度上的三維聚類效果?，F(xiàn)在終于可以看到AGN位于由星系團(tuán)指示的宇宙大尺度結(jié)構(gòu)中何處。結(jié)果證明xmm -牛頓是一種功能強(qiáng)大的測(cè)量機(jī)，為這次調(diào)查的最終宇宙學(xué)分析鋪平了道路，這將為宇宙學(xué)參數(shù)提供獨(dú)立的約束來(lái)解開更多的宇宙奧秘。

這幅拼圖顯示了加拿大-法國(guó)-夏威夷望遠(yuǎn)鏡和Cerro Tololo泛美天文臺(tái)的Blanco望遠(yuǎn)鏡在可見(jiàn)光波段拍攝的XXL調(diào)查的365個(gè)星系團(tuán)。這些星系團(tuán)的順序是由離我們?cè)絹?lái)越遠(yuǎn)的距離決定的，從最接近的星系團(tuán)開始，紅移為0.03，在左上角，一直到最遠(yuǎn)的星系團(tuán)，紅移為1.99(從左邊倒數(shù)第17行星系團(tuán));最下面一行的最后七個(gè)星團(tuán)紅移不確定。圖片：CFHT Legacy Survey/CTIO/XXL Survey

歐空局未來(lái)的歐幾里德衛(wèi)星將進(jìn)一步探測(cè)宇宙網(wǎng)絡(luò)，該衛(wèi)星將觀測(cè)100億年前發(fā)射的光。歐幾里德將看到大量的光源，因?yàn)樗鼘⑻綔y(cè)到光和紅外光；XXL數(shù)據(jù)具有較大的觀測(cè)面積和豐富的多波長(zhǎng)覆蓋，可作為這些觀測(cè)的參考。xmm -牛頓的觀測(cè)也提出了關(guān)于星系團(tuán)物理學(xué)的新問(wèn)題，歐空局的下一個(gè)x射線任務(wù)雅典娜將對(duì)此進(jìn)行更詳細(xì)的研究。雅典娜號(hào)將于2031年服役，它將比它的前任更加敏感。盡管xmm -牛頓可以在距離我們不同的距離上觀察星團(tuán)，探索宇宙歷史上的不同時(shí)期。

雅典娜將觀察到星團(tuán)如此遙遠(yuǎn)，以至于在它們形成的過(guò)程中，它們的光離開了它們，向我們展示了這些巨大結(jié)構(gòu)形成和進(jìn)化的方式。與此同時(shí)，XXL合作項(xiàng)目的科學(xué)家們計(jì)劃使用改進(jìn)的處理技術(shù)來(lái)處理剩余的觀測(cè)數(shù)據(jù)和審查數(shù)據(jù)。最終包含更多x射線源的XXL數(shù)據(jù)發(fā)布，以及完整的宇宙學(xué)分析，預(yù)計(jì)2021年發(fā)布。來(lái)自ESA的xmm -牛頓項(xiàng)目科學(xué)家Norbert Schartel總結(jié)說(shuō)：這個(gè)太空望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)有助于我們理解宇宙的演化，這是非常令人興奮的，多虧了許多不同國(guó)家的眾多機(jī)構(gòu)的合作，這一切才得以實(shí)現(xiàn)。

博科園-科學(xué)科普｜研究/來(lái)自：European Space Agency

參考期刊文獻(xiàn) :《Astronomy & Astrophysics》

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