Galaktyka jako kosmiczny teleskop do badania serca młodego Wszechświata
Nowy, unikalny instrument, w połączeniu z potężnym teleskopem i niewielką pomocą natury, umożliwił naukowcom zajrzenie do galaktycznych żłobków w sercu młodego Wszechświata.
Wizualizacja pokazująca, jak gromada galaktyk (gromada soczewkująca) działa jak soczewka grawitacyjna, która powiększa i rozprasza światło galaktyki tła. Źródło: W. M. Keck Observatory/Adam Makarenko.
Po Wielkim Wybuchu, około 13,8 miliarda lat temu, wczesny Wszechświat wypełniony był ogromnymi obłokami neutralnego gazu rozproszonego, znanymi jako tłumione układy Lyman-α (DLA). Układy DLA służyły jako galaktyczne żłobki, ponieważ znajdujące się w nich gazy zaczęły powoli kondensować się, napędzając powstawanie gwiazd i galaktyk. Dzisiaj nadal można je obserwować, ale nie jest to łatwe.
DLA są kluczem do zrozumienia, jak powstają galaktyki we Wszechświecie, ale zazwyczaj trudno je zaobserwować, ponieważ obłoki są zbyt rozproszone i same nie emitują żadnego światła – mówi Rongmon Bordoloi, adiunkt fizyki na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej i autor pracy.
Obecnie astrofizycy używają kwazarów – supermasywnych czarnych dziur, które emitują światło – jako „podświetlenia” do wykrywania obłoków DLA. I chociaż metoda ta pozwala badaczom wskazać lokalizacje obłoków DLA, światło kwazarów działa jak małe szpikulce w masywnym obłoku, co utrudnia pomiar ich całkowitego rozmiaru i masy.
Jednak Bordoloi i John O'Meara, główny naukowiec z Obserwatorium W.M. Kecka w Kamueli na Hawajach, znaleźli sposób na obejście tego problemu, wykorzystując grawitacyjnie soczewkującą galaktykę i spektroskopię pola integralnego do obserwacji dwóch DLA – i znajdujących się w nich galaktyk macierzystych – które uformowały się około 11 miliardów lat temu, niedługo po Wielkim Wybuchu.
Grawitacyjnie soczewkowane galaktyki to galaktyki, które wydają się rozciągnięte i rozjaśnione – mówi Bordoloi. Dzieje się tak, ponieważ przed galaktyką znajduje się grawitacyjnie masywna struktura, która ugina światło przechodzące od niej podczas podróży w naszym kierunku. W efekcie patrzymy na rozszerzoną wersję obiektu – to tak, jakbyśmy używali kosmicznego teleskopu, który zwiększa powiększenie i daje nam lepszą wizualizację.
Zaleta takiego rozwiązania jest dwojaka: po pierwsze obiekt tła jest rozciągnięty na niebie i jasny, więc łatwo jest wykonać odczyty widma w różnych częściach obiektu. Po drugie, ponieważ soczewkowanie rozszerza obiekt, można badać bardzo małe skale. Na przykład, jeżeli obiekt ma rozmiar jednego roku świetlnego, możemy badać małe fragmenty z bardzo dużą dokładnością.
Odczyty widma pozwalają astrofizykom „zobaczyć” elementy w głębokim kosmosie, które nie są widoczne nieuzbrojonym okiem, takie jak rozproszone gazowe układy DLA i potencjalne galaktyki w ich wnętrzach. Zazwyczaj zbieranie odczytów jest długim i żmudnym procesem. Zespół rozwiązał ten problem, wykonując spektroskopię pola integralnego za pomocą Keck Cosmic Web Imager.
Spektroskopia pola integralnego pozwoliła badaczom uzyskać widmo w każdym pojedynczym pikselu na część nieba, na którą była skierowana, dzięki czemu spektroskopia rozległego obiektu na niebie stała się bardzo wydajna. Ta innowacja, w połączeniu z rozciągniętą i rozjaśnioną grawitacyjnie soczewkowaną galaktyką pozwoliła zespołowi na bardzo dokładne mapowanie rozproszonego gazu DLA na niebie. Dzięki tej metodzie naukowcy byli w stanie określić nie tylko rozmiar obu DLA, ale również to, że oba obiekty zawierały galaktyki macierzyste.
Przy okazji, DLA są olbrzymie. Mając średnicę większą niż 1,74 kiloparseka, mają one ponad ⅔ wielkości dzisiejszej galaktyki Drogi Mlecznej. Dla porównania, 13 miliardów lat temu średnica typowej galaktyki wynosiła mniej niż 5 kiloparseków. Jeden parsek to 3,26 roku świetlnego, a kiloparsek to 1000 parseków, więc światło potrzebowałoby około 56 723 lata, aby przebyć wzdłuż każdy z DLA.
Jednak dla mnie najbardziej zdumiewające w zaobserwowanych przez nas DLA jest to, że nie są one wyjątkowe – wydają się mieć podobną strukturę, w obu wykryto galaktyki macierzyste, a ich masy wskazują, że zawierają wystarczająco dużo paliwa dla formowanie się gwiazd następnej generacji – mówi Bordoloi. Mając do dyspozycji tę nową technologię, będziemy w stanie zgłębić, w jaki sposób gwiazdy formowały się we wczesnym Wszechświecie.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
.jpg)
