Впервые астрономам удалось объединить самые глубокие оптические изображения Вселенной, полученные с помощью космического телескопа Хаббла, с такими же четкими изображениями в ближней инфракрасной части спектра, используя сложную новую систему лазерных направляющих звезд для адаптивной оптики. в обсерватории WM Keck на Гавайях. Новые наблюдения, представленные на встрече Американского астрономического общества (AAS) в Сан-Диего на этой неделе, показывают беспрецедентные детали столкновения галактик с массивными черными дырами в их ядрах, видимых на расстоянии около 5 миллиардов световых лет, когда Вселенная была чуть более половины его нынешнего возраста.
Наблюдение за далекими галактиками в инфракрасном диапазоне обнаруживает более старые популяции звезд, чем можно наблюдать на оптических длинах волн, и инфракрасный свет также проникает в облака межзвездной пыли с большей готовностью, чем оптический свет. Новые инфракрасные изображения далеких галактик были получены группой исследователей из Университета Калифорнии, Санта-Крус, Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе и обсерватории У. Кека. Джейсон Мельбурн, аспирант в Калифорнийском университете в Санта-Крус и ведущий автор исследования, сказал, что первоначальные результаты включают некоторые сюрпризы, и что исследователи продолжат анализировать данные в ближайшие недели.
«Мы никогда не могли достичь такого уровня пространственного разрешения в инфракрасном диапазоне», - сказал Мельбурн.
Помимо Мельбурна, исследовательская группа во главе с Дэвидом Ку из UCSC и Джеймсом Ларкиным из UCLA включает Дженнифер Лотц, Клэр Макс и Джерри Нельсон из UCSC; Шелли Райт и Мэтью Барчи в Калифорнийском университете; и Антонин Х. Бучез, Джейсон Чин, Скотт Хартман, Эрик Йоханссон, Роберт Лафон, Дэвид Ле Миньян, Пол Дж. Стомски, Дуглас Саммерс, Маркос А. ван Дам и Питер Л. Визинович в обсерватории Кека.
«Впервые на этих глубоких изображениях Вселенной мы можем охватить все длины волн света от оптического до инфракрасного с одинаковым уровнем пространственного разрешения. Это позволяет нам наблюдать детальные субструктуры в далеких галактиках и изучать их составляющие звезды с точностью, которую мы не могли бы получить иначе », - сказал Ку, профессор астрономии и астрофизики в UCSC.
Изображения были получены Райтом и командой Keck AO во время тестирования системы адаптивной оптики с лазерной направляющей звездой на 10-метровом телескопе Keck II. Это первые научно-качественные изображения далеких галактик, полученные с помощью новой системы. Это знаменует собой важный шаг для Центра казначейских исследований по адаптивной оптике (CATS), который будет использовать адаптивную оптику для наблюдения большой выборки слабых, далеких галактик в ранней вселенной, сказал Ларкин из UCLA.
«Мы много работали в течение нескольких лет, собирая данные вокруг ярких звезд. Но мы были очень ограничены с точки зрения количества и типов объектов, которые мы можем наблюдать. Только с помощью лазера мы можем теперь достичь самых богатых и захватывающих целей ». Ларкин сказал.
Адаптивная оптика (AO) корректирует эффект размытия атмосферы, что серьезно ухудшает изображения, видимые наземными телескопами. Система AO точно измеряет это размытие и корректирует изображение, используя деформируемое зеркало, применяя коррекции сотни раз в секунду. Чтобы измерить размытие, АО требуется яркий точечный источник света в поле зрения телескопа, который можно создать искусственно, используя лазер для возбуждения атомов натрия в верхних слоях атмосферы, заставляя их светиться. Без такой лазерной направляющей звезды астрономам пришлось бы полагаться на яркие звезды («естественные направляющие звезды»), что резко ограничивает возможности использования АО на небе. Более того, природные звезды-ориентиры слишком яркие, чтобы позволить наблюдать очень слабые, далекие галактики в одной и той же части неба, сказал Ку.
«Появление лазерной направляющей звезды в Кеке открыло небо для наблюдений в области адаптивной оптики, и теперь мы можем использовать Кек, чтобы сосредоточиться на тех областях, где у нас уже есть замечательные, глубокие оптические изображения с космического телескопа Хаббла», - сказал Ку.
Поскольку диаметр зеркала телескопа Кека в четыре раза больше, чем у Хаббла, он может получать изображения в четыре раза острее, чем у Хаббла, в ближнем инфракрасном диапазоне, теперь, когда доступна система адаптивной оптики с лазерной направляющей звездой, позволяющая преодолеть размытые эффекты атмосферы.
Изображения, представленные на совещании AAS, были получены в области неба, известной как поле GOODS-South, где глубокие наблюдения уже были проведены Хабблом, рентгеновской обсерваторией Чандра и другими телескопами. На изображениях шесть слабых галактик, включая два рентгеновских источника, идентифицированных Чандрой. По словам Мельбурна, рентгеновские излучения в сочетании с неупорядоченной морфологией этих объектов свидетельствуют о недавней активности в сфере слияний. Слияния могут направлять большие количества вещества в центр галактики, а рентгеновские излучения из центра галактики указывают на наличие массивной черной дыры, которая активно потребляет вещество.
«Теперь мы совершенно уверены, что видим галактики, которые недавно слились», - сказал Мельбурн. «Одна из этих систем имеет двойное ядро, поэтому вы можете увидеть два ядра сливающихся галактик. Другая система сильно разупорядочена - она выглядит как крушение поезда - и является гораздо более сильным источником рентгеновского излучения ».
В дополнение к освещению ядра галактики с помощью рентгеновского излучения, слияния также имеют тенденцию вызывать образование новых звезд, шокируя и сжимая облака газа. Поэтому исследователи были удивлены, обнаружив, что в системе с двойным ядром преобладают относительно старые звезды и, по-видимому, они не производят много молодых звезд.
«Если мы правы в отношении сценария слияния, то это слияние происходит между двумя галактиками, которые уже сформировали большинство своих звезд миллиарды лет назад и у которых не осталось много газа для создания новых звезд», - сказал Мельбурн.
Если дополнительное исследование покажет, что такие объекты часто встречаются в прошлом, эти наблюдения могут помочь объяснить одну из загадок формирования галактики. В соответствии с преобладающей теорией формирования иерархических галактик, большие галактики создаются в течение миллиардов лет в результате слияния небольших галактик. Поскольку слияния приводят к образованию звезд, было трудно объяснить существование очень больших галактик, в которых отсутствуют значительные популяции молодых звезд.
«Одна идея заключается в том, что у вас может быть так называемое сухое слияние, когда две галактики, полные старых звезд, но мало газа сливаются, не образуя много новых звезд. То, что мы видим на этом объекте, соответствует сухому слиянию », - сказал Мельбурн. «Даже при сухом слиянии может все еще быть достаточно газа для подачи в черную дыру, производящего рентгеновское излучение, но недостаточно для сильного всплеска звездообразования»
Дальнейшие наблюдения на средних и дальних инфракрасных волнах, ожидаемые в конце этого года от космического телескопа Спитцера, могут помочь подтвердить это. По словам Мельбурна, данные Спитцера будут лучше отражать содержание пыли в галактике, что является важной переменной при интерпретации этих наблюдений.
Система адаптивной оптики с лазерной направляющей звездой финансировалась Фондом В. Кека. Система искусственных лазерных направляющих звезд была разработана и интегрирована в партнерстве между Ливерморской национальной лабораторией им. Лоуренса и W. Лазер был интегрирован в Кеке с помощью Ди Пеннингтона, Кертиса Брауна и Пэм Данфорт. Камера ближнего инфракрасного диапазона NIRC2 была разработана Калифорнийским технологическим институтом (UCLA) и обсерваторией Кека. Обсерватория Кека функционирует как научное партнерство между CalTech, Калифорнийским университетом и Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства.
Эта работа была поддержана Центром адаптивной оптики, Научно-техническим центром Национального научного фонда, управляемым Калифорнийским университетом Санта-Крус.
Первоисточник: Пресс-релиз Keck
