Explorando o céu em busca de fontes de raios-X, O observatório de raios X XMM-Newton da ESA tem estado ocupado com o inquérito XXL, seu maior programa de observação até hoje. O segundo lote de dados da pesquisa acaba de ser divulgado, incluindo informações sobre 365 aglomerados de galáxias, que traçam a estrutura em grande escala do Universo e sua evolução ao longo do tempo, e em 26.000 núcleos galácticos ativos (AGN).

Ao examinar duas grandes regiões do céu com grande sensibilidade, esta é a primeira pesquisa de raios-X a detectar aglomerados de galáxias e AGN em volumes contíguos do espaço para possibilitar aos cientistas mapear a distribuição desses objetos no universo distante com detalhes sem precedentes. Os resultados são compatíveis com as expectativas do modelo cosmológico atualmente aceito.

Os raios X são produzidos em alguns dos processos mais energéticos do Universo, mas porque eles estão bloqueados pela atmosfera da Terra, eles só podem ser observados do espaço. Quando os telescópios de raios-X observam o Universo extragaláctico, eles veem basicamente duas fontes:o gás quente que permeia os aglomerados de galáxias, e Núcleos Galácticos Ativos (AGN) - brilhante, regiões compactas no centro de algumas galáxias onde um buraco negro supermassivo está agregando a matéria circundante.

O XMM-Newton da ESA é um dos mais poderosos telescópios de raios-X já colocados em órbita. Nos últimos oito anos, passou 2.000 horas medindo a radiação de raios-X como parte da Pesquisa XXL, que procurou por aglomerados de galáxias e AGN ao escanear duas áreas do céu aparentemente vazio, cada uma medindo 25 graus quadrados (como referência, a lua cheia mede cerca de meio grau de diâmetro).

O primeiro conjunto de dados XXL foi lançado em 2015; incluiu 100 dos aglomerados de galáxias mais brilhantes e 1000 AGN. Este mês, um novo catálogo de dados foi publicado contendo surpreendentes 365 clusters e 26.000 AGN. Os primeiros resultados usando esses dados são publicados em uma edição especial da Astronomia e Astrofísica .

A pesquisa mapeou aglomerados de raios-X tão distantes que a luz os deixou quando o Universo tinha apenas metade de sua idade atual, e AGN que estão ainda mais distantes. Algumas das fontes observadas são tão distantes que XMM-Newton não recebeu mais do que 50 fótons de raios-X deles, tornando difícil dizer se eles são clusters ou AGN.

"Foi relativamente fácil encontrar aglomerados de galáxias e AGN, porque eles são os únicos objetos extragaláticos visíveis na luz de raios-X, "explica Marguerite Pierre do CEA Saclay, França.

"Mas tivemos que usar vários outros telescópios coletando luz em muitos comprimentos de onda diferentes, bem como amplas instalações de computação, para reunir mais informações sobre cada fonte, incluindo determinar sua natureza e distância. "

A matéria no Universo não é uniformemente distribuída, mas forma uma teia cósmica de filamentos moldados pela gravidade, com aglomerados de galáxias encontrados em suas interseções. Os aglomerados de galáxias são as maiores entidades limitadas no Universo - eles traçam os picos de maior densidade em sua estrutura em grande escala, tornando-os uma ferramenta poderosa para responder a perguntas sobre cosmologia.

A estrutura e evolução do Universo são descritas por um conjunto de parâmetros cosmológicos, que incluem a densidade de seus vários componentes e a taxa de expansão. Atualmente, sabemos o valor de muitos desses parâmetros muito bem, mas grandes amostras de traçadores cósmicos em uma variedade de distâncias são necessárias para descrever com mais precisão a estrutura subjacente do Universo. O objetivo final da Pesquisa XXL é fornecer uma ampla catálogo bem caracterizado de clusters que podem ser usados ​​para restringir os parâmetros cosmológicos.

O satélite Planck da ESA determinou valores para parâmetros cosmológicos estudando a radiação cósmica de fundo, que são informações do Universo muito antigo. Depois de estimar esses parâmetros usando os dados mais recentes da Pesquisa XXL - que se baseia em informações do Universo mais recente - os cientistas compararam suas descobertas com os valores de Planck.

"Embora não tenhamos encontrado tantos aglomerados de galáxias como previsto pelo modelo cosmológico de Planck, obtivemos uma distribuição de clusters e AGN que é compatível com o modelo cosmológico atualmente favorecido, que recorre à constante cosmológica de Einstein como explicação para a expansão acelerada do Universo, em vez de invocar possibilidades ainda mais exóticas, "explica Marguerite Pierre.

"Já podemos melhorar a estimativa de Planck para a constante cosmológica, embora nossa análise tenha sido realizada apenas em metade da amostra de conglomerados XXL; vamos passar os próximos dois anos analisando o resto dos dados com o objetivo de refinar as restrições cosmológicas. "

É mais difícil estimar valores para os parâmetros cosmológicos usando AGN, pois suas propriedades são afetadas por muitas influências externas. Em vez disso, os cientistas têm usado os dados AGN da Pesquisa XXL para entender mais sobre como os buracos negros se formam e evoluem.

Graças a XXL, esta é a primeira vez que os cientistas foram capazes de medir o efeito de agrupamento tridimensional de agrupamentos de raios-X distantes e AGN em escalas muito grandes. Eles agora podem finalmente ver onde os AGN estão localizados dentro da estrutura em grande escala do Universo indicada pelos aglomerados de galáxias.

Os resultados confirmam que o XMM-Newton é uma poderosa máquina de levantamento. Eles também abrem o caminho para a análise cosmológica final desta pesquisa, que fornecerá restrições independentes sobre os parâmetros cosmológicos para desvendar mais mistérios do Universo.

A teia cósmica será investigada ainda mais pelo futuro satélite Euclid da ESA, que observará a luz emitida até 10 bilhões de anos atrás. Euclides verá um grande número de fontes, uma vez que detectará luz óptica e infravermelha; com sua grande área pesquisada e rica cobertura de vários comprimentos de onda, os dados XXL servirão de referência para essas observações.

As observações de XMM-Newton também levantaram novas questões sobre a física dos aglomerados de galáxias, que será investigado em maiores detalhes pela próxima missão de raios-X da ESA, Atena. Com lançamento previsto para 2031, Athena será muito mais sensível do que seu antecessor. Enquanto o XMM-Newton pode observar clusters a uma variedade de distâncias de nós, sondando diferentes épocas da história do Universo, Atenas observará aglomerados tão distantes que sua luz os deixou enquanto estavam se formando, contando-nos ainda mais sobre como essas estruturas gigantescas tomam forma e evoluem.

Enquanto isso, os cientistas da colaboração XXL planejam processar as observações restantes e revisar os dados usando técnicas de processamento aprimoradas. O lançamento de dados XXL final contendo ainda mais fontes de raios-X, bem como a análise cosmológica completa, está previsto para 2021.

"É muito emocionante que os dados deste telescópio espacial contribuam para a nossa compreensão da evolução do Universo, "conclui Norbert Schartel, Cientista do Projeto XMM-Newton na ESA. "Isso foi possível graças à colaboração entre um grande número de instituições em muitos países diferentes."