XMM-Newton-bild av 4,6-kvadratgraders W-CDF-S-fältet avslöjar den breda, känslig vy av röntgenhimlen tillhandahållen av XMM-SERVS. De upptäckta källorna, varav de flesta växer supermassiva svarta hål, är färgkodade enligt energierna för de röntgenstrålar som detekteras (med rött som har lägst energi och blått högst). Den vita konturen indikerar området för Chandra Deep Field-South, en välkänd ultradjup pencil-beam röntgenundersökning. Bilden belyser hur XMM-SERVS nu har tillhandahållit känslig panoramaröntgenbild kring denna undersökning. XMM-Newton-bilden täcker ett område som är ungefär 20 gånger större än den skenbara storleken på fullmånen, visas i skala uppe till vänster. Kredit:ESA/XMM-Newton/XMM-SERVS Collaboration/Q. Ni et al.
En av de största röntgenundersökningarna med hjälp av Europeiska rymdorganisationens XMM-Newton rymdobservatorium har kartlagt nästan 12, 000 röntgenkällor över tre stora, himlens främsta regioner. Röntgenkällorna representerar aktiva galaktiska kärnor och galaxhopar, och undersökningen fångar tillväxten av de supermassiva svarta hålen i kärnorna i dessa galaxer. Denna röntgenundersökning kompletterar tidigare röntgenundersökningar, gör det möjligt för forskarna att kartlägga aktiva galaktiska kärnor i ett brett spektrum av kosmiska miljöer.
Qingling Ni och W. Niel Brandt från Penn State kommer att presentera resultaten av XMM-Spitzer Extragalactic Representative Volume Survey (XMM-SERVS) vid en pressbriefing som hålls på måndag, 7 juni, klockan 16.30 under det 238:e mötet i American Astronomical Society. Ett papper som beskriver undersökningen, av ett internationellt team av astronomer, har lämnats till Astrophysical Journal Supplement .
"Röntgenundersökningar är det bästa sättet att hitta växande supermassiva svarta hål, som finns i kärnorna i många stora galaxer, sa Ni, en doktorand vid Penn State och huvudförfattare till tidningen. "Med denna massiva nya undersökning, vi kan komma åt befolkningsdata om växande supermassiva svarta hål för att bättre förstå deras fysiska egenskaper och evolution över kosmisk historia."
För närvarande tillgängliga röntgenundersökningar är i första hand antingen djupa "pencil-beam" undersökningar som täcker en mycket liten del av himlen eller grunda undersökningar som täcker stora himmelområden. Djupa blyertsstråleundersökningar kan endast ta prov på aktiva galaktiska kärnor i en begränsad kosmisk volym, och de saknar förmågan att utforska ett brett dynamiskt utbud av kosmiska miljöer. Grund, breda fältundersökningar kan ta prov på en större mängd olika miljöer men saknar känsligheten för att upptäcka huvuddelen av kosmisk supermassiv svart håls tillväxt.
XMM-Newton-bild av 3,2-kvadratgraders ELAIS-S1-fältet, som är cirka 15 gånger större än den skenbara storleken på fullmånen (visas i skala nere till höger). XMM-SERVS erbjuder ett brett, känslig röntgenbild av denna region. Kredit:ESA/XMM-Newton/XMM-SERVS Collaboration/Q. Ni et al.
Den nya XMM-SERVS-undersökningen hjälper till att fylla gapet mellan röntgenundersökningar med djup blyertsstråle och grunda röntgenundersökningar över stora himmelområden. XMM-SERVS-undersökningen ger medeldjup röntgentäckning för tre vitt åtskilda himmelfält som tidigare har studerats vid flera våglängder. Dessutom, dessa regioner har valts ut som djupborrningsfält för Legacy Survey of Space and Time (LSST) som ska genomföras av Vera C. Rubin Observatory. Rubin Observatory är ett 8,4 meter stort undersökningsteleskop beläget i norra centrala Chile, som för närvarande byggs till en kostnad av mer än 600 miljoner dollar. Det representerar en av de största investeringarna av det världsomspännande astronomiska samfundet under detta decennium.
LSST Deep-Drilling Fields är himmelsregioner där avsevärt fler observationer kommer att erhållas jämfört med typiska himmelregioner under den tioåriga LSST-undersökningen, möjliggör nya vetenskapliga upptäckter. XMM-SERVS undersökningsfälten är också platser för flera andra kommande undersökningar på radio, submillimeter, infraröd, och optiska våglängder. Ett av XMM-SERVS-undersökningsfälten är också bland de djupa fälten i rymduppdraget Euclid på 600 miljoner euro som kommer att lanseras 2022. röntgtäckningen som tillhandahålls av XMM-SERVS har ett enormt arvsvärde i kombination med dessa andra rika datamängder.
"Dessa himmelfält spänner över en mängd olika kosmiska miljöer, " sa Ni. "Så vi får en syn på supermassiv tillväxt av svarta hål som förhoppningsvis är opartisk av lokala kosmiska faktorer. Dessutom, Under det senaste decenniet har astronomer fastställt att det finns en stark korrelation mellan tillväxt av svarta hål och galaxernas egenskaper, men den begränsade provstorleken begränsade dessa studier till korrekt undersökning av endast ett fåtal galaxparametrar. Vårt nya stora urval av växande supermassiva svarta hål kommer att tillåta oss att titta på många fler galaxparametrar tillsammans."
XMM-Newton-bild av 5,3-kvadratgraders XMM-LSS-fältet, som är cirka 25 gånger större än den skenbara storleken på fullmånen (visas i skala nere till höger). XMM-LSS var det första XMM-SERVS-fältet som har observerats av XMM-Newton. Chien-Ting Chen, en före detta postdoktor vid Penn State som nu är astronom vid USRA, ledde arbetet för detta område (se Chen et al. 2018, mån. Inte. Roy. Ast. Soc.). XMM-SERVS erbjuder ett brett, känslig röntgenbild av denna region. Kredit:ESA/XMM-Newton/XMM-SERVS Collaboration/Q. Ni et al.
Fälten som täcks av XMM-SERVS-undersökningen är Wide Chandra Deep Field-South (W-CDF-S), European Large-Area Infrared Space Observatory S1 Survey (ELAIS-S1), och XMM-Newton Large-Scale Structure Survey (XMM-LSS). Dessa himmelområden, var och en sträcker sig över några kvadratgrader, är redan bland de bäst studerade fälten på himlen, och med den kommande LSST och annan täckning kommer de att vara prime nästa generations undersökningsfält.
"Denna undersökning representerar ett centralt grundarbete på vilket, Jag misstänker, hundratals studier kommer att byggas under de kommande decennierna eller två, sa Brandt, Verne M. Willaman professor i astronomi och astrofysik och professor i fysik vid Penn State, och en av ledarna för studien. "XMM-Newton var det bästa uppdraget att samla in dessa data, och vi behövde investera mycket observationstid för denna studie – med en total kombinerad exponering på nästan 60 dagar – eftersom det kommer att vara så viktigt för aktiva galaxstudier, galaxklusterstudier, och för att förstå storskaliga strukturer i universum. Det krävdes ett flerårigt multinationell insats och det är otroligt glädjande att få det gjort. Vi är mycket tacksamma mot Europeiska rymdorganisationen och NASA för deras långsiktiga stöd för detta arbete."
