Obrazy z HST i GTC pomagają pokazać, jak powstawały pierwsze galaktyki

Jednym z najbardziej interesujących dla astrofizyków pytań od kilku dekad jest to, jak i kiedy powstały pierwsze galaktyki. Jedną z możliwych odpowiedzi na pytanie „jak” jest ta, że procesy gwiazdotwórcze w pierwszych galaktykach odbywały się w stałym tempie, tworząc układ o rosnącej masie. Inna możliwość jest taka, że formowanie było bardziej gwałtowne i nieciągłe, z intensywnymi wybuchami procesów gwiazdotwórczych w krótkich okresach czasu, wywołanymi przez takie zdarzenia, jak łączenie się galaktyk i silne koncentracje gazu.

Obraz gromady galaktyk Abell 370, jednego z regionów nieba obserwowanych w ramach projektu SHARDS Frontier Fields. Jest to najgłębsze zdjęcie, jakie kiedykolwiek wykonano w celu wykrycia galaktyk z liniami emisyjnymi, które aktywnie tworzą gwiazdy. Źródło: GRANTECAN

Międzynarodowy zespół naukowców zbadał pochodzenie pierwszych gwiazd i struktur we Wszechświecie. Przeanalizował dane z programu Frontier Fields, projektu realizowanego przy pomocy Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i Gran Telescopio Canarias, największego na świecie teleskopu optycznego i podczerwonego, znajdującego się w Obserwatorium Roque de los Muchachos (Garafía, La Palma). Wyniki zostały opublikowane 21 października 2021 roku w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

Pierwsze galaktyki mogły tworzyć nowe gwiazdy powoli, ale w sposób ciągły, bez większego przyspieszenia, systematycznie przekształcając gaz w stosunkowo małe gwiazdy w długich okresach czasu. Albo proces formowania mógł przebiegać w wybuchach, z krótkimi okresami gwiazdotwórczymi tworząc bardzo duże gwiazdy, które mogły ukształtować całą galaktykę i spowodować zatrzymanie jej aktywności na jakiś czas lub na stałe – wyjaśnia Pablo G. Pérez-González, badacz z Centre of Astrobiology, współautor artykułu i lider międzynarodowego zespołu pracującego nad badaniem. Każdy z tych scenariuszy jest związany z różnymi procesami, takimi jak łączenie się galaktyk lub wpływ supermasywnych czarnych dziur, i ma wpływ na to, kiedy i jak powstawały różne pierwiastki, takie jak węgiel i tlen, które są niezbędne do życia – dodaje.

W opublikowanym niedawno na ten temat artykule, astronomowie poszukiwali pobliskich odpowiedników pierwszych galaktyk powstałych we Wszechświecie, aby móc je zbadać znacznie dokładniej. Alex Griffiths, naukowiec z Uniwersytetu Nottingham i pierwszy autor artykułu mówi: Dopóki nie będziemy mieli Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, nie będziemy w stanie zaobserwować pierwszych galaktyk powstałych we Wszechświecie, gdyż są one zbyt słabe. Szukamy więc podobnych obiektów w pobliskim Wszechświecie i analizujemy je za pomocą najpotężniejszych teleskopów, jakimi obecnie dysponujemy.

Sposób, w jaki wykonano tę pracę, polegał na połączeniu mocy najbardziej zaawansowanych teleskopów, takich jak HST i GTC, z „naturalnymi teleskopami”. Chris Conselice, współautor artykułu i promotor pracy doktorskiej Griffithsa, tak komentuje tę strategię: Niektóre galaktyki znajdują się w dużych grupach nazywanych gromadami, które zwierają duże ilości materii w postaci gwiazd, ale także gazu i ciemnej materii. Masa ta jest tak duża, że może zakrzywiać czasoprzestrzeń, a gromady działają jak „naturalne teleskopy”. Te, znane jako „soczewki grawitacyjne”, pozwalają nam obserwować odległe, słabe galaktyki jaśniejszymi i z lepszą rozdzielczością przestrzenną – to tak, jak byśmy używali soczewki stworzonej przez sam Wszechświat. Obserwacje niektórych z tych gromad działających jak teleskopy grawitacyjne są podstawą projektu Frontier Fields.

W pracy opublikowanej w MNRAS autorzy połączyli moc soczewkowania grawitacyjnego przez jedne z najmasywniejszych gromad we Wszechświecie z bardzo głębokimi obrazami z GTC wykonanymi w ramach projektu SHARDS (Survey for high-z Red and Dead Sources) w celu znalezienia i zbadania jednych z najmniejszych i najsłabszych galaktyk w lokalnym Wszechświecie.

Projekt SHARDS polegał na wykonaniu za pomocą GTC najgłębszych obrazów pola obserwowanych za pomocą HST, przy użyciu 25 filtrów pasma przepustowego, które razem pokrywają zakres długości fal od 500 do 940 nanometrówTe selektywne obrazy pozwalają nam analizować, jak światło bardzo słabych galaktyk jest rozłożone w różnych kolorach widzialnego zakresu długości fali. Dzięki temu możemy wykryć gaz podgrzewany przez nowo powstałe gwiazdy, które emitują światło o określonych długościach fali (linie emisyjne) w procesie podobnym do tego, który zachodzi w lampie neonowej – wyjaśnia Romano Corradi, dyrektor GTC.

Aby uzyskać te obrazy projekt SHARDS potrzebował 120 godzin obserwacji za pomocą GTC. Obrazy, które mogą być połączone w jeden bardzo imponujący obraz w pseudo kolorze, są prawdziwą kopalnią wiedzy o tysiącach wykrytych galaktyk – podkreśla Antonio Cabrera, szef operacji naukowych GTC.

Z badań wynika, że początek formowania się galaktyk jest nieregularny, z bardzo gwałtownymi okresami gwiazdotwórczymi, po których następują okresy, gdy galaktyka jest uśpiona. Nie jest prawdopodobne, że złączenia galaktyk odegrały główną rolę w wywołaniu tych wybuchów procesów gwiazdotwórczych; bardziej prawdopodobne jest, że było to wywołane innymi przyczynami, które spowodowały nagromadzenie gazu, co naukowcy muszą w przyszłości zbadać.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Dziwne fale radiowe wyłaniają się z kierunku centrum Galaktyki

Strumień Magellana nad Drogą Mleczną może być pięć razy bliżej niż wcześniej sądzono

Astronomowie potwierdzają istnienie kosmicznej super-pustki, która podważa nasze rozumienie ciemnej energii