Dzięki soczewkowaniu grawitacyjnemu ALMA odkrywa rotującą młodą galaktykę
Korzystając z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), astronomowie znaleźli rotującą młodą galaktykę mającą 1/100 wielkości Drogi Mlecznej w czasie, gdy Wszechświat miał zaledwie 7% swojego obecnego wieku. Dzięki wsparciu efektu soczewki grawitacyjnej, zespół naukowców był w stanie po raz pierwszy zbadać naturę małych i ciemnych „normalnych galaktyk” we wczesnym Wszechświecie, reprezentatywnych dla głównej populacji pierwszych galaktyk, co znacznie poszerza nasze rozumienie początkowej fazy ewolucji galaktyk.
Obraz gromady galaktyk RXCJ0600-2007 wykonany przez HST, połączony z obrazami soczewkowania grawitacyjnego odległej galaktyki RXCJ0600-z6, oddalonej o 12,4 mld lat świetlnych stąd, obserwowanej przez ALMA (czerowny kolor). Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Fujimoto i inni, NASA/ESA Hubble Space Telescope.
Wiele z galaktyk, które istniały we wczesnym Wszechświecie było tak małych, że ich jasność jest znacznie poniżej możliwości obecnych największych teleskopów na Ziemi i w kosmosie, co utrudnia badanie ich właściwości i struktury wewnętrznej. Jednakże, światło pochodzące z galaktyki o nazwie RXCJ0600-z6, zostało silnie wzmocnione przez soczewkowanie grawitacyjne, co czyni ją idealnym celem do badania właściwości i struktury typowych młodych galaktyk – mówi Nicolas Laporte, Kavli Senior Fellow na Uniwersytecie w Cambridge.
Soczewkowanie grawitacyjne jest naturalnym zjawiskiem, w którym światło emitowane z odległego obiektu jest zakrzywiane pod wpływem grawitacji masywnego obiektu, takiego jak galaktyka czy gromada galaktyk, znajdujący się na pierwszym planie. Nazwa „soczewkowanie grawitacyjne” wywodzi się stąd, że grawitacja masywnego obiektu działa jak soczewka. Kiedy patrzymy przez soczewkę grawitacyjną, światło odległych obiektów ulega wzmocnieniu, a ich kształty są rozciągnięte. Innymi słowy, jest to „naturalny teleskop” unoszący się w przestrzeni kosmicznej.
Zespół ALMA Lensing Cluster Survey (ALCS) wykorzystał ALMA do poszukiwania dużej liczby galaktyk we wczesnym Wszechświecie, które są wzmocnione przez soczewkowanie grawitacyjne. Łącząc moc ALMA z pomocą naturalnych teleskopów, naukowcy są w stanie odkryć i zbadać słabsze galaktyki.
Dlaczego tak ważne jest badanie słabych galaktyk we wczesnym Wszechświecie? Teoria i symulacje przewidują, że większość galaktyk powstałych kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu jest mała, a przez to słaba. Chociaż kilka galaktyk we wczesnym Wszechświecie zostało wcześniej zaobserwowanych, badania te, ze względu na możliwości teleskopów, były ograniczone do najbardziej masywnych obiektów, a więc mniej reprezentatywnych galaktyk, we wczesnym Wszechświecie. Jedynym sposobem na zrozumienie standardowego procesu powstawania pierwszych galaktyk i uzyskanie pełnego obrazu formowania się galaktyk jest skupienie się na słabszych i liczniejszych galaktykach.
Zespół ALCS przeprowadził zakrojony na szeroką skalę program obserwacyjny, który trwał 95 godzin, co jest bardzo długim czasem dla obserwacji ALMA, aby zaobserwować centralne regiony 33 galaktyk, które mogą powodować efekt soczewkowania grawitacyjnego. Jedna z tych gromad, nazwana RXCJ0600-2007, znajduje się w kierunku gwiazdozbioru Wilka i jest biliard razy masywniejsza od Słońca. Zespół odkrył pojedynczą odległą galaktykę, którą wzmacnia soczewka grawitacyjna. ALMA wykrył światło pochodzące od jonów węgla i pyłu gwiezdnego w galaktyce i wraz z danymi uzyskanymi z teleskopu Gemini ustalono, że galaktyka jest widziana taką, jaką była około 900 mln lat po Wielkim Wybuchu (12,4 mld lat temu). Dalsza analiza tych danych zasugerowała, że część tego źródła jest 160 razy jaśniejsza niż jest w rzeczywistości.
Dzięki precyzyjnym pomiarom rozkładu masy gromady galaktyk, możliwe jest „cofnięcie” efektu soczewkowania grawitacyjnego i przywrócenie pierwotnego wyglądu wzmocnionego obiektu. Łącząc dane z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) z modelem teoretycznym, zespołowi udało się zrekonstruować rzeczywisty kształt odległej galaktyki RXCJ0600-z6. Całkowita jej masa jest około 2-3 mld razy większa od masy Słońca, co stanowi 1/100 masy naszej galaktyki Drogi Mlecznej.
To, co zaskoczyło zespół to fakt, że RXCJ0600-z6 się obraca. Tradycyjnie sądzono, że gaz w młodych galaktykach porusza się w sposób przypadkowy, chaotyczny. Dopiero niedawno ALMA odkrył kilka obracających się młodych galaktyk, które podważyły tradycyjne ramy teoretyczne, ale były one o kilka rzędów wielkości jaśniejsze (większe) niż RXCJ0600-z6.
Nasze badania pokazują, po raz pierwszy, że możemy bezpośrednio zmierzyć ruch wewnętrzny tak słabych (mniej masywnych) galaktyk we wczesnym Wszechświecie i porównać go z przewidywaniami teoretycznymi – mówi Kotaro Kohno, profesor na Uniwersytecie Tokijskim i lider zespołu ALCS.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
