Po raz pierwszy astronomom udało się połączyć najgłębsze obrazy optyczne wszechświata, uzyskane przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a, z równie ostrymi obrazami w części widma w bliskiej podczerwieni za pomocą wyrafinowanego nowego układu gwiazd laserowego przewodnika dla optyki adaptacyjnej w Obserwatorium WM Kecka na Hawajach. Nowe obserwacje, zaprezentowane na spotkaniu American Astronomical Society (AAS) w San Diego w tym tygodniu, ujawniają niespotykane szczegóły zderzenia galaktyk z masywnymi czarnymi dziurami w ich rdzeniach, widzianych w odległości około 5 miliardów lat świetlnych, gdy wszechświat był nieco ponad połowa obecnego wieku.
Obserwowanie odległych galaktyk w zakresie podczerwieni ujawnia starsze populacje gwiazd, niż można to zaobserwować przy długościach fal optycznych, a światło podczerwone również łatwiej przenika chmury pyłu międzygwiezdnego niż światło optyczne. Nowe obrazy odległych galaktyk w podczerwieni zostały uzyskane przez zespół naukowców z University of California, Santa Cruz, UCLA i Obserwatorium W. Kecka. Jason Melbourne, absolwent UC Santa Cruz i główny autor badania, powiedział, że wstępne wyniki zawierają pewne niespodzianki i że naukowcy będą nadal analizować dane w nadchodzących tygodniach.
„Nigdy wcześniej nie byliśmy w stanie osiągnąć takiego poziomu rozdzielczości przestrzennej w podczerwieni”, powiedział Melbourne.
Oprócz Melbourne zespół badawczy, kierowany przez Davida Koo z UCSC i Jamesa Larkina z UCLA, obejmuje Jennifer Lotz, Claire Max i Jerry'ego Nelsona z UCSC; Shelley Wright i Matthew Barczys z UCLA; oraz Antonin H. Bouchez, Jason Chin, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Paul J. Stomski, Douglas Summers, Marcos A. van Dam i Peter L. Wizinowich w Keck Observatory.
„Po raz pierwszy w tych głębokich obrazach wszechświata możemy pokryć wszystkie długości fal światła od optycznego do podczerwonego z tym samym poziomem rozdzielczości przestrzennej. To pozwala nam obserwować szczegółowe podstruktury w odległych galaktykach i badać ich gwiazdy składowe z precyzją, której nie moglibyśmy uzyskać inaczej ”- powiedział Koo, profesor astronomii i astrofizyki na UCSC.
Obrazy zostały uzyskane przez Wrighta i zespół Keck AO podczas testowania układu adaptacyjnej optyki laserowej gwiazdy prowadzącej na 10-metrowym teleskopie Keck II. Są to pierwsze naukowe jakości odległe galaktyki uzyskane za pomocą nowego układu. To znaczący krok dla badania skarbowego Centrum Optyki Adaptacyjnej (CATS), które wykorzysta optykę adaptacyjną do obserwacji dużej próbki słabych, odległych galaktyk we wczesnym wszechświecie, powiedział Larkin z UCLA.
„Przez kilka lat ciężko pracowaliśmy, gromadząc dane dotyczące jasnych gwiazd. Ale byliśmy bardzo ograniczeni pod względem liczby i rodzajów obiektów, które możemy obserwować. Tylko za pomocą lasera możemy teraz osiągnąć najbogatsze i najbardziej ekscytujące cele. ” Powiedział Larkin.
Adaptacyjna optyka (AO) koryguje efekt rozmycia atmosfery, który poważnie degraduje obrazy widziane przez naziemne teleskopy. System AO precyzyjnie mierzy to rozmycie i koryguje obraz za pomocą odkształcalnego lustra, stosując korekty setki razy na sekundę. Aby zmierzyć rozmycie, AO wymaga jasnego punktowego źródła światła w polu widzenia teleskopu, które można wytworzyć sztucznie za pomocą lasera do wzbudzania atomów sodu w górnej atmosferze, powodując ich świecenie. Bez takiej laserowej gwiazdy prowadzącej astronomowie musieliby polegać na jasnych gwiazdach („naturalnych gwiazdach przewodnich”), które drastycznie ograniczają możliwość wykorzystania AO na niebie. Co więcej, naturalne gwiazdy prowadzące są zbyt jasne, aby umożliwić obserwacje bardzo słabych, odległych galaktyk w tej samej części nieba, powiedział Koo.
„Pojawienie się gwiazdy przewodnika laserowego w Keck otworzyło niebo do obserwacji adaptacyjnej optyki, a teraz możemy użyć Keck do skupienia się na tych polach, na których mamy już wspaniałe, głębokie obrazy optyczne z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a” - powiedział Koo.
Ponieważ średnica zwierciadła teleskopu Kecka jest czterokrotnie większa niż lustra Hubble'a, może on uzyskiwać obrazy czterokrotnie ostrzejsze niż Hubble w bliskiej podczerwieni, teraz, gdy dostępny jest adaptacyjny układ optyczny gwiazdy prowadzącej laser, aby pokonać rozmazane efekty atmosfery.
Obrazy prezentowane na spotkaniu AAS zostały uzyskane w obszarze nieba znanym jako pole GOODS-South, gdzie już dokonano głębokich obserwacji Hubble'a, Obserwatorium Rentgenowskiego Chandra i innych teleskopów. Na zdjęciach znajduje się sześć słabych galaktyk, w tym dwa źródła promieniowania rentgenowskiego zidentyfikowane przez Chandrę. Melbourne powiedział, że emisje rentgenowskie w połączeniu z nieuporządkowaną morfologią tych obiektów sugerują niedawną aktywność fuzji. Fuzje mogą przenosić duże ilości materii do centrum galaktyki, a emisje rentgenowskie z centrum galaktyki wskazują na obecność masywnej czarnej dziury, która aktywnie zużywa materię.
„Jesteśmy teraz całkiem pewni, że widzimy galaktyki, które przeszły ostatnie fuzje” - powiedział Melbourne. „Jeden z tych układów ma podwójne jądro, więc możesz zobaczyć dwa jądra scalających się galaktyk. Drugi system jest wysoce nieuporządkowany - wygląda jak wrak pociągu - i jest znacznie silniejszym źródłem promieniowania rentgenowskiego. ”
Oprócz zapalania jądra galaktycznego za pomocą emisji promieni rentgenowskich, połączenia również mają tendencję do wywoływania powstawania nowych gwiazd przez szokowanie i ściskanie chmur gazu. Naukowcy byli więc zaskoczeni, gdy odkryli, że układ z podwójnym jądrem jest zdominowany przez stosunkowo stare gwiazdy i nie wydaje się, aby produkował wiele młodych gwiazd.
„Jeśli mamy rację co do scenariusza fuzji, to fuzja ta ma miejsce między dwiema galaktykami, które uformowały już większość swoich gwiazd miliardy lat wcześniej i nie miały już dużo gazu, aby stworzyć nowe gwiazdy” - powiedział Melbourne.
Jeśli dodatkowe badania wykażą, że takie obiekty są powszechniejsze w czasie, obserwacje te mogą pomóc wyjaśnić jedną z zagadek formowania się galaktyk. Zgodnie z dominującą teorią hierarchicznego formowania się galaktyk, duże galaktyki budowane są przez miliardy lat poprzez połączenie mniejszych galaktyk. Ponieważ fuzje wyzwalają powstawanie gwiazd, trudno jest wyjaśnić istnienie bardzo dużych galaktyk, w których brakuje znacznej populacji młodych gwiazd.
„Jednym z pomysłów jest to, że możesz mieć tzw. Suchą fuzję, w której dwie galaktyki pełne starych gwiazd, ale mało gazu łączą się bez tworzenia wielu nowych gwiazd. To, co widzimy w tym obiekcie, jest zgodne z suchym połączeniem - powiedział Melbourne. „Nawet w suchym połączeniu, może nadal być wystarczająca ilość gazu, aby zasilić czarną dziurę, wytwarzając emisje rentgenowskie, ale niewystarczająca, aby wywołać silny wybuch formowania się gwiazd.”
Dalsze obserwacje w zakresie długości fal od średniej do dalekiej podczerwieni, spodziewane w tym roku przez Spitzer Space Telescope, mogą to potwierdzić. Dane Spitzera zapewnią lepsze wskazanie zawartości pyłu w galaktyce, kluczowej zmiennej w interpretacji tych obserwacji, powiedział Melbourne.
System adaptacyjnej optyki laserowej z gwiazdą prowadzącą został sfinansowany przez Fundację W. Kecka. Układ gwiazdy sztucznego lasera prowadzącego został opracowany i zintegrowany we współpracy między Lawrence Livermore National Laboratory a W. Laser został zintegrowany w Keck przy pomocy Dee Pennington, Curtis Brown i Pam Danforth. Kamera w bliskiej podczerwieni NIRC2 została opracowana przez California Institute of Technology, UCLA i Obserwatorium Keck. Obserwatorium Kecka działa jako partnerstwo naukowe między CalTech, University of California oraz National Aeronautics and Space Administration.
Prace te zostały wsparte przez Center for Adaptive Optics, National Science Foundation Science and Technology Center zarządzany przez UC Santa Cruz.
Oryginalne źródło: Keck News Release
