Csillagászati laboratórium I.
10. óra: Nagyléptékű struktúrák az Univerzumban

Célkitűzések

Nagyszámú (>200) galaxis tér- és sebesség-koordinátái alapján térbeli eloszlásuk vizsgálata, az anyag nagyléptékű csomósodásának feltérképezése, a Virgo galaxishalmaz távolságának meghatározása. A statisztikus értékű munkához az egész évfolyam összehangolt munkájára van szükség.

Ismertnek tekintett alapfogalmak

Galaxis, galaxishalmazok, vöröseltolódás, Hubble-törvény, Ca II H és K vonal.

Mérések

A méréseket a CLEA észlelés-szimuláló programcsomag vonatkozó részével végezzük el (Large-Scale Structure, Linux alatt: Alt + F2, majd Nagylepteku.sh). Első lépésként belépünk a szimulációs felületre (Login). A File menü Run alpontjából elindítjuk a mérést. Ezzel a KPNO 0,9 m-es teleszkópjához férünk hozzá. A kupola kinyitása és az óragép bekapcsolása után az alábbi képet kapjuk:

A korábbi órákon megismert módon vehetjük fel a koordináták alapján beállított (Set Coordinates) galaxisok színképét a kék tartományban (Spectrometer $\rightarrow$ Take Reading, miután a Change View pontban beállítottuk az Instrument-et). A teljes mérési program összesen 218 galaxist tartalmaz. Ezt nyilván egy ember a rendelkezésre álló idő alatt nem tudja végigmérni, ezért a listát egyenlően felosztjuk az órán jelenlévők között.

A spektrométerrel célszerűen legalább 10-es Signal/Noise hányadost kell elérni, amivel az alábbihoz hasonló spektrumot kapunk a megfigyelt galaxisokra:

A Record Meas. menüpontban a következő táblázatot kell kitölteni:

Legalább az egyik vonal megfigyelt eltolódása alapján meghatározhatjuk a galaxis távolodási sebességét. Figyelem, a sebességeket manuálisan kell kiszámítani! A rögzítést a Verify/Average kapcsolóval fejezhetjük be. Az adatokat párhuzamosan rögzítsük egy egyszerű adatfájlban (rektaszcenzió, átlagolt távolodási sebesség).

A méréseket gyorsíthatjuk, ha a Telescope menüpontban távcsőidőt igénylünk nagyobb műszerekre.

Elemzés

A mérések befejeztével egy nagy, közös fájlba egyesítjük a 218 rektaszcenzió-távolodási sebesség adatpárt, és utána mindenki ezzel az egyesített adatsorral fog a továbbiakban dolgozni.

Az adatokat egy polárkoordináta-rendszerben ábrázolva képet kaphatuk a galaxisok nem egyenletes eloszlásáról. A polárszög a rektaszcenzió értéke (óra helyett fokban kifejezve), míg a távolság - a Hubble-törvényt felhasználva - helyettesíthető a távolodási sebességgel.

A cél az alábbi jellegű ábra kitöltése az összes mért ponttal:

gnuplot> set polar              # polár-koordinátákra térünk át
gnuplot> set angles degrees     # a szögeket fokban (nem radiánban) értelmezzük
gnuplot> set grid polar 10      # koordináta-háló 10 fokos osztásokkal
gnuplot> set xlabel "v [km/s]"
gnuplot> set ylabel "v [km/s]"
gnuplot> set term post enh color eps
gnuplot> set out 'abra.eps'
gnuplot> set size square        # négyzetes oldalarányú ábrát készítünk
gnuplot> plot 'adat' notitle pt 7 ps 1.3

Feladatok

1. Indítsuk el a mérőprogramot, ismerkedjünk meg a kezelőfelülettel!
2. Vegyük fel a kiadott listán szereplő galaxisok színképét, számítsuk ki távolodási sebességüket, majd rögzítsük az adatokat!
3. Az egyesített adatpárokat ábrázoljuk egy polárkoordináta-rendszerben!
4. Válaszoljunk az alábbi kérdésekre:
   1. Mennyire egyenletesen tölti ki az anyag az Univerzum vizsgált tartományát?
   2. A legsűrűbben elhelyezkedő ponthalmaz, ami egy emberi figurára emlékeztet, a Coma galaxishalmaz központját jelöli ki. Mi ennek a galaxishalmaznak a közelítő rektaszcenziója és távolodási sebessége?
   3. A Hubble-állandó értékét 72 km/s/Mpc-nek tekintve számítsuk ki a Coma-halmaz távolságát!
   4. Ugyanezzel az értékkel számolva milyen messze van a legtávolabbi, még vizsgált galaxisunk?
   5. A Coma-halmaz mögött egy szabálytalan ív rajzolódik ki távoli galaxisokból. Ezt az alakzatot Nagy Fal néven emlegetik. Milyen messze található, valamint körívnek feltételezve milyen hosszú?