Spitzer Space Telescope (SST) jest czwartym i ostatnim instrumentem z serii Great Observatories NASA. SST podążył za Kosmicznym Teleskopem Hubble'a (HST), Chandra X-Ray i Compton Gamma Ray Observatories w kosmosie w dniu 25 sierpnia 2003 r. Umieszczony na orbitującej wokół Ziemi heliocentrycznej (słonecznej) orbicie i działający na ponad 2,5-letniej karcie NASA Program Origins, SST ujawnił pierwsze światło publiczne w maju 2004 roku - dając światu spektakularny obraz w podczerwieni wielkiej spiralnej galaktyki M51 w Canes Venatici.
Lord Rosse po raz pierwszy opisał M51 jako „mgławicę spiralną” w 1845 roku. Dopiero Edwin Hubble rozwiązał słabe gwiazdy zmienne w innym „M” - M31 - że M51 i inne „mgławice spiralne” osiągnęły rangę równą naszej własnej Drodze Mlecznej - Galaxy!
Ale nazywanie czegoś nie oznacza jego wyjaśniania. Jedną z najtrudniejszych rzeczy do wyjaśnienia na dowolny temat jest „jak to się stało?”
Na długo przed wydaniem zdjęcia SST M51 astronomowie otrzymali już „heads-up” na rzadki przypadek klasy odległych obiektów w niebiosach - rozległy obszar gazu i pyłu lśniący słabo, ale bez nadzoru gwiezdnego światła - tylko rodzaj badań, które mogłyby zrewolucjonizować sposób, w jaki astronomowie rozumieją tworzenie się galaktyk. Program początkowy NASA zrobił duży hit, a teraz problemem było przeniesienie biegacza do domu przy użyciu innych źródeł danych ...
W artykule zatytułowanym „Odkrycie dużej ~ 200kpc mgławicy gazowej przy z = ~ 2,7 za pomocą Spitzer Space Telescope” (opublikowany 29 marca 2005 r.), Astrofizyk Arjun Dey z National Optical Astronomy Observatory (NOAO) i koledzy z innych organizacji ( łącznie z centrum operacyjnym SST w Jet Propulsion Laboratory) zebrało dane z dolnej połowy spektrum em - od radia do światła widzialnego - w celu namalowania obrazu wczesnego formowania się gromady galaktyk związanej z tym podekscytowanym (i ekscytującym) regionem pyłu i gaz znajdujący się w odległości około 11,3 BLY w czasie i przestrzeni.
Według zespołu: „Informujemy o odkryciu bardzo dużej przestrzennie rozciągniętej mgławicy związanej ze świetlistym źródłem podczerwieni”. Dla ciebie i dla mnie oznacza to, że odkryli „dawno temu i dalekie łono wczesnych narodzin galaktyki”.
Obiekt (SST24 J1434110 + 331733) został pierwotnie zmapowany za pomocą detektorów MIPS i IRAC SST podczas badania w podczerwieni w gwiazdozbiorze Bootes pod koniec stycznia 2004 r. Po ograniczeniu danych przez personel JPL stało się jasne, że SST24 może zaoferować niezwykle istotny wgląd w tę tajemniczą erę galaktyki, kiedy młode galaktyki są uwięzione w materii formowania się gwiazd. Ale przeniknięcie tych rzeczy wymagałoby poszerzenia obrazu regionu za pomocą światła z całego spektrum em.
Częściowo potrzeba spojrzenia na SST24 była spowodowana ograniczoną aperturą zwierciadła SST o długości 0,84 metra i długimi falami związanymi ze światłem podczerwonym. W najlepszym razie SST ujawnił środkową jedną trzecią mgławicy. (Instrumenty na pokładzie SST są ograniczone do 6-sekundowej rozdzielczości szczegółowej.) Trzy wbudowane detektory (kamera na podczerwień - IRAC, spektrograf w podczerwieni - IRS i wielopasmowy fotometr obrazowy dla Spitzera - MIPS) i analizują światło podczerwone w zakresie od środkowej do dalekiej długości fal podczerwonych (3,6-160 mikrometrów).
Chociaż światło obserwowane za pomocą trzech instrumentów SST pochodzi głównie z „ciepłych” obiektów (gazów i pyłu), światło ze źródeł prawie optycznych można również zobaczyć po ekspansywnym przesunięciu ku czerwieni na duże odległości. Co ciekawe, jedna szczególnie jasna linia w tym samym „prawie optycznym świetle” została po raz pierwszy oznaczona do użytku astronomicznego przez astrofizyka Lymana Spitzera - imiennika samego SST - jednego z wiodących zwolenników astronomii w podczerwieni XX wieku.
W połączeniu z danymi z innych instrumentów, Dey i jego zespół stworzyli przekonujący przypadek dla aktywnych jąder galaktycznych (AGN) w obrębie SST24. Jeśli zostanie zweryfikowana, taka AGN wykazałaby, że czarne dziury odgrywają ważną rolę we wczesnej ewolucji galaktyk. Taki przykład może zrewolucjonizować nasze rozumienie tworzenia galaktyk, czyniąc AGN bardziej przyczyną, a nie skutkiem, tworzenia grup galaktyk…
Dane wizualne wykorzystane przez zespół związany z SST24 zostały zebrane przy użyciu teleskopów NOAO o długości 4 mi 2,1 m w Kitt Peak w Arizonie. Te instrumenty poprawiły rozdzielczość SST prawie osiem razy. Inne dane dostępne w świetle optycznym poszerzyły obraz wydajności energetycznej SST24. W maju i czerwcu 2004 r. Informacje spektrograficzne o SST24 (wraz z obiektami pierwszego planu i tła) zebrano w precyzyjnie dostrojonych i precyzyjnie zorientowanych 1 sekundowych paskach przez 10-metrowy instrument Keck I na Mauna Kea na Hawajach.
Ze streszczenia artykułu „Jasne źródło środkowej podczerwieni zostało po raz pierwszy wykryte w obserwacjach wykonanych za pomocą Spitzer Space Telescope. Istniejące dane obrazowania szerokopasmowego z głębokiego badania szerokopasmowego NOAO ujawniły, że źródło w środkowej podczerwieni jest powiązane z rozproszonym, rozciągniętym przestrzennie, optycznym odpowiednikiem… Spektroskopia i dalsze obrazowanie… ujawniają, że źródłem optycznym jest niemal wyłącznie mgławica emitująca linie z niewielką, jeśli w ogóle, wykrywalną rozproszoną emisją ciągłą. ”
Zwykle dojrzałe galaktyki wyświetlają pełne spektrum światła generowanego przez promieniowanie ciała doskonale czarnego z gwiezdnych fotosfer. Takie widma szerokopasmowe są zwykle wzmacniane przez wąskie, jasne linie emisji związane ze wzbudzeniem atomowym. Ale widmo SST24 jest zdominowane przez jeden wąski pasmo promieniowania. To pasmo - choć przesunięte na czerwono około 3,7 razy z powodu recesji 11,3 BLY - wiąże się z częstotliwością „Lyman Alpha” emitowaną przez gazowy wodór. Zwykle takie chmury Lyman-alfa napromieniowują poprzez stymulację z odległych kwazarów tła. Ale w przypadku SST24 może być zaangażowany inny mechanizm - źródło czarnej dziury w samej mgławicy.
Składając strukturę SST24, zespół naukowy ustalił, że jego AGN jest przesunięty względem środka chmury o prawie jedną dziesiątą pełnego zasięgu chmury. Chociaż nie jest jasne, jaki wpływ to przesunięcie ma na tworzenie galaktyk, fakt ten należy uwzględnić w sposobie modelowania tworzenia grup galaktyk w przyszłości.
Przesunięcia spektrograficzne w świetle alfa Lymana wskazują również, że centralny obszar 100 KLY SST24 powoli obraca się i zawiera masowy ekwiwalent około 6 bilionów słońc - około 5 razy więcej niż łącznie z naszymi galaktykami Mlecznej Drogi i Whirlpool (M51). SST24 obejmuje region kosmiczny, który z łatwością obejmuje całą Drogę Mleczną i wszystkie dwanaście galaktyk satelitarnych.
Ale SST24 nie jest całkowicie pozbawiony formowania się gwiazd. Zespół donosi, że „młoda galaktyka gwiazdotwórcza leży w pobliżu północnego krańca mgławicy”. Galaktyka jest zaczerwieniona przez pył, ma takie samo przesunięcie ku czerwieni jak promieniowanie Lymana-alfa oraz promieniowanie szerokopasmowe związane z tworzeniem się gwiazd. Ta galaktyka nie wskazuje na posiadanie AGN. Z tego powodu możemy wkrótce dowiedzieć się, że AGN może nie odgrywać istotnej roli w tworzeniu wszystkich galaktyk.
Chociaż badanie częstotliwości radiowej SST24 jest trudne (ze względu na problemy z rozdzielczością przy długich długościach fal), zespół zauważa, że stosunek gęstości środkowej podczerwieni do fali radiowej „wykazuje niezwykłe podobieństwo do galaktyk gwiazdowych…” Z tego powodu części SST24 może minąć era szybkiej ewolucji gwiezdnej, która może szybko doprowadzić do odkrycia pełnowymiarowej galaktyki bogatej w świetliste gwiazdy rozpłodowe…
SST24 nie jest jedyną chmurą Lyman-alfa, jaką kiedykolwiek wykryto, ale tych nielicznych odkrytych uważa zespół naukowy za niezwykły: „Rzadkość tych chmur lyman-alfa> 100kpc, ich związek z potężnym nadmiernym zagęszczeniem AGN i galaktyki oraz ich energia sugerują regiony te są miejscami formowania się najbardziej masywnych galaktyk. Jeśli tak, zrozumienie warunków fizycznych i energetycznych tych układów może zapewnić ważny wgląd w proces powstawania masywnych galaktyk. ”
Wpisany przez Jeff Barbour
