Позагалактична астрономія - Юрій Кудря 2016

Огляди, про які йшлося вище, ґрунтуються на фотографічних спостереженнях, тому їм притаманні стандартні недоліки фотоемульсій (низька чутливість, обмежений динамічний діапазон, нелінійність). Далі мова йтиме про проекти, які є по- справжньому цифровими, оскільки як детектори в них використано сучасні твердотільні приймачі.

2MASS. Один з найвідоміших цифрових оглядів — 2MASS (Two Micron All Sky Survey) — результат спільних зусиль університету Масачусетса та Центру опрацювання та аналізу інфрачервоних даних (Infrared Processing and Analysis Center) Каліфорнійського технологічного інституту (http://www.ipac.caltech.edu/2mass/). 2MASS — це чисто фотометричний огляд, при виконанні якого були побудовані зображення всього неба в трьох ІЧ-фільтрах J(1,25 мкм), H(1,65 мкм), K_s (2,17 мкм). Спостереження були проведені у 1997—2001 роках на двох ідентичних автоматизованих 1,3-метрових телескопах (в США (Арізона) та Чилі). Кожний телескоп був обладнаний триканальною камерою, що давало змогу одночасно спостерігати в трьох смугах за допомогою матриць 256 х 256 твердотільних ІЧ-детекторів (розмір одного елемента — 2"). У результаті огляду були отримані зображення загальним обсягом 10 Тбайт та складено за ними каталоги. Зображення будь-якої області неба у J, Н та К_S-смугах можна отримати на декількох сайтах, наприклад http://irsa.ipac.caltech.edu/. На базі 2MASS-оглядy були створені: атлас -600 яскравих близьких галактик (Large Galaxy Atlas, LGC) та каталог протяжних джерел (The extendedSource Catalog, XSC), який містить дані про -1,6 млн об’єктів з кутовими розмірами, більшими за 10"—15". Переважна більшість таких об’єктів є галактиками, інші — області іонізованого водню HII, зоряні скупчення, планетарні туманності тощо. Граничні величини протяжних об’єктів з XSC — 13^m,5 (2,9 mJy) та 15^m,0 (1,6 mJy) відповідно у K_s та /-смугах.

2dF та 6dF. 2dF (2 degree Field Galaxy Redshift Survey, або 2dFGRS) — спектроскопічний огляд ~5 % неба англійських та австралійських астрономів, створений на 3,9-метровому телескопі ААО. Вибірку об’єктів складено на базі APM-огляду з B < 19,5^m. Мультиоб’єктний спектрограф дає змогу отримувати одночасно спектри 400 об’єктів у полі зору 2°. За адресою http://www.mso.anu.edu.au/2dFGRS/ можна одержати фотометричний та спектроскопічний каталоги 245 591 об’єктів з червоним зміщенням (його медіанне значення — z = 0,11) і спеціальне програмне забезпечення.

Підпроект — 2dF QSO Redshift Survey (2QZ) — огляд червоних зміщень квазарів у двох областях північного та південного галактичних полюсів. Спектри 23 338 квазарів на сайті http:// www.2dfquasar.org/.

6dF (6 degree Field Galaxy Survey, або 6dFGS) — огляд червоних зміщень та пекулярних швидкостей галактик, вибраних з XSC 2MASS-оглядy. Використовували 1,2-метровий шмідтовський телескоп ААО та мультиоб’єктний (150 об’єктів у полі 6°) спектрограф. Для більш ніж 136 тис. галактик отримано спектри, а для 110 тис. вперше визначено червоні зміщення. Каталог містить 125 тис. галактик, що практично охоплює все південне небо, червоне зміщення до 0,05 (близький Всесвіт). Мета огляду — вивчення локальних відхилень від габблівського розширення. Для 11 тис. галактик визначено відстані та пекулярні швидкості методом фундаментальної площини для галактик ранніх типів (http://www.aao.gov.au/local/www/6df/).

SDSS (Sloan Digital Sky Survey) — найграндіозніший астрономічний проект, який фінансує Фундація А. Слоуна. З кінця 1980-х років над ним працює понад сотня дослідників з США, Японії, Європи. Мета першої фази проекту — SDSS-I — фотометричне та спектральне дослідження приблизно чверті неба (велика область поблизу північного галактичного полюса та декілька смуг у південній півкулі). Спостереження проводили на спеціально побудованому 2,5-метровому телескопі в Apache Point Observatory (Нью-Мехіко, США), обладнаному 120-мегапіксельною ПЗЗ-камерою, двома мультиоб’єктними спектрографами, що дають змогу одночасно отримувати спектр 640 об’єктів. Допоміжні роботи проводили також на інших телескопах.

Мета фотометричних спостережень — отримати базу даних для ~10⁸ галактик і стількох саме зір з точними координатами (<1"). Огляд виконували у п’яти фільтрах (u, g, r, i, z) від 350 до 910 мкм, гранична зоряна величина B ~ 23^m. Криві пропускання фільтрів наведені на рис. 4.1. Час експозиції становив 54 с у кожному фільтрі.

Рис. 4.1. Криві пропускання фільтрів, використовуваних у проекті SDSS

Мета спектральних спостережень — отримати базу даних для 10⁶ галактик, 10⁵ квазарів і 10⁵ зір з фотометричного огляду.

Першу фазу проекту SDSS — SDSS-I — завершено в червні 2005 року. Спостереженнями було охоплено більш ніж 8 тис. неба в п’яти спектральних смугах. Були отримані спектри галактик та квазарів на 5,7 тис. □°.

Друга фаза проекту — SDSS-II (2005—2008) — мала за мету складання трьох різних оглядів: SDSS Legacy Survey (або Sloan Legacy Survey), SEGUE (Sloan Extension for GalacticUnderstanding and Exploration — розширення Слоунівського огляду для вивчення Галактики) та Sloan Supernova Survey (Слоунівський огляд наднових). Мета цих оглядів — вирішення фундаментальних питань з природи Всесвіту, походження галактик і квазарів, формування та еволюції нашої Галактики.

Sloan Legacy Survey покриває 7,5 тис. зображень у північній галактичній області з даними про 2 млн об’єктів і спектрів, понад 800 тис. галактик та 100 тис. квазарів. Більшість даних отримано в ході виконання SDSS-I, а огляд завершено у фазу SDSS-II.

За проектом SEGUE було отримано спектри 240 тис. зір для складання тривимірної карти Молочного Шляху. Цікаво, що в рамках проекту було виявлено галактику — супутник Молочного Шляху — на відстані 23 кпк від Сонця з рекордним (на 2011 рік) відношенням маси до світності 3400 M/L, яке свідчить про те, що вона складається майже цілком з темної матерії. Результати SEGUE увійшли в набір даних SDSS DR7.

До 2007 року за проектом Sloan Supernova Survey багатократним експонуванням ділянки неба 300 □° шукали наднові типу Іа з метою визначення відстаней до далеких об’єктів. Всього було знайдено та побудовано криві блиску більше ніж 300 наднових Іа.

У середині 2008 року розпочалася третя фаза проекту — SDSS-III, яка закінчилася наприкінці 2014 року. На цій стадії проекту було значно оновлено SDSS-спектрографи та додано два нових потужних інструменти для виконання чотирьох оглядів із метою відображення кластеризації галактик, а також міжгалактичного газу в далекому Всесвіті (BOSS), динаміки і хімічної еволюції Молочного Шляху (SEGUE-II і APOGEE) та населення позасонячних планет-гігантів (MARVELS).

У проекті BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey, Спектроскопічний огляд баріонних осциляцій) досліджували просторовий розподіл так званих світних червоних галактик (Luminous red galaxies, LRG) та квазарів. На підставі огляду можна вивчати нерівномірність розподілу мас, зумовлену акустичними баріонними осциляціями в ранньому Всесвіті.

Проект SEGUE-II є продовженням проекту SEGUE-I; за ним отримано спектри близько 120 тис. зір Молочного Шляху на відстанях від 10 до 60 кпк від Землі.

За проектом APOGEE (Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment, експеримент APO з галактичної еволюції (2011— 2014)) інфрачервону спектроскопію з високим розділенням та низьким рівнем шумів використано для спостереження прихованих космічним пилом внутрішніх областей нашої Еалактики. Досліджено приблизно 100 тис. зір різних популяцій (балджу, бара, диска, гало). Це дало змогу більш ніж у сто разів збільшити кількість зір Галактики з високоточними ІЧ-спектрами.

У ході проекту MARVELS (Multi-object APO Radial Velocity Exoplanet Large-area Survey, Мультиоб’єктний APO-огляд на великій площі радіальних швидкостей екзо-планет) виміряно радіальні швидкості 11 тис. яскравих зір з метою виявлення планет навколо них.

На вересень 2014 року (випуск даних DR10) зображеннями покрито 14 555 неба; для 1,85 млн галактик та 300 тис. квазарів отримано оптичні спектри. Наступний випуск даних (DR11) є внутрішнім щодо колаборації SDSS. DR12, опублікований у грудні 2014 року, — кінцевий випуск даних — SDSS-III, який містить всі SDSS-спостереження до липня 2014 року. Він включає в себе повний набір даних оглядів BOSS та APOGEE, а також нові вимірювання радіальних швидкостей проекту MARVELS.

З липня 2014 року розпочалися роботи четвертої фази проекту SDSS. У цій фазі (SDSS-IV, 2014—2020) передбачається поліпшення точності космологічних вимірювань у критичній ранній стадії космічної історії (extended BOSS, проект eBOSS), розширення інфрачервоних спектроскопічних досліджень Еалактики в північній і південній півкулях (APOGEE-2), а також вперше (з використанням спектрографів Sloan) будуть створені просторово розділені карти окремих галактик (MaNGA). Два менших огляди виконуватимуться як підпрограми eBOSS: Time Domain Spectroscopic Survey (TDSS) — перший систематичний великомасштабний спектроскопічний огляд змінних джерел, а SPectroscopic IDentification of еROSITA Sources (SPIDERS) надасть унікальне повне та однорідне описання оптичних спектроскопічних даних для рентгенівських джерел космічних місій ROSAT, XMM і eROSITA.

Проекти SDSS профінансовано Фундацією А. Слоуна та за рахунок внесків організацій-учасників. Над першою фазою проекту починали роботу шість організацій (National Science Foundation, NSF; U.S. Department of Energy; National Aeronautics and Space Administration, NASA; Japanese Monbukagakusho; Max Planck Society; Higher Education Funding Council for England). Керівний орган проекту — Консорціум астрофізичних досліджень (Astro- physical Research Consortium). Співробітництво весь час поповнювалося новими учасниками, кількість яких досягла наразі декількох десятків. З їхнім переліком можна ознайомитися на сайті http://www.sdss.org.