ALMA w rekordowym tempie bada wczesne galaktyki

Galaktyki gwiazdotwócze zaobserwowane przez ALMA
Wybrane galaktyki gwiazdotwórcze z wczesnego Wszechświata, zaobserwowane na falach submilimetrowych przez sieć ALMA (kolor pomarańczowy i czerwony), nałożone na zdjęcie w podczerwieni wykonane przez Kosmiczny Teleskop Spitzera.
ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), J. Hodge et al., A. Weiss et al., NASA Spitzer Science Center

Zespół astronomów wykorzystał nowy teleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) do ustalenia położenia ponad 100 najbardziej płodnych galaktyk gwiazdotwórczych we wczesnym Wszechświecie. ALMA ma taką moc, że w ciągu zaledwie kilku godzin instrument wykonał tyle obserwacji galaktyk, ile podobne teleskopy na całym świecie w ciągu ostatniej dekady.

Najbardziej efektywne procesy narodzin gwiazd we wczesnym Wszechświecie następowały w odległych galaktykach zawierających dużo kosmicznego pyłu. Galaktyki te mają kluczowe znaczenie dla naszego zrozumienia powstawania galaktyk i ich ewolucji w trakcie historii Wszechświata, ale przesłania je pył, co utrudnia obserwacje za pomocą teleskopów z zakresu widzialnego. Aby zbadać te obiekty astronomie muszą korzystać z teleskopów, które obserwują na falach dłuższych, około jednego milimetra, tak jak ALMA.

„Astronomowie oczekiwali na takie dane przez ponad dekadę. ALMA jest tak potężnym teleskopem, że zrewolucjonizował sposób w jaki możemy obserwować ten rodzaj galaktyk, mimo że nie był w pełni ukończony w momencie prowadzenia naszych obserwacji” powiedziała Jacqueline Hodge (Max-Planck-Institut für Astronomie, Niemcy), główna autorka artykułu opisującego obserwacje ALMA.

Do tej pory najlepsza mapa tych odległych, zapylonych galaktyk, była wykonana za pomocą użytkowanego przez ESO teleskopu Atacama Pathfinder Experiment (APEX), który zbadał obszar na niebie o rozmiarze mniej więcej tarczy Księżyca w pełni [1] i wykrył 126 tego rodzaju galaktyk. Ale na obrazach z APEX każdy obszar gwiazdotwórczy wygląda jak rozmyta plamka, która może być tak szeroka, że rozciąga się na więcej niż jedną galaktykę widoczną na zdjęciach wykonanych w innych zakresach długości fali. Nie wiedząc dokładnie która z galaktyk przechodzi procesy gwiazdotwórcze, astronomowie napotykali na utrudnienia w badaniach powstawania gwiazd we wczesnym Wszechświecie.

Wskazanie właściwych galaktyk wymaga bardziej ostrych obrazów, a te w z kolei potrzebują większego teleskopu. APEX ma pojedynczą czaszę o średnicy 12 metrów, natomiast teleskopy takie jak ALMA używają wielu podobnych anten rozmieszczonych na sporym obszarze. Sygnały ze wszystkich anten są łączone, a w efekcie uzyskujemy obserwacje takie, jak byłyby dokonane pojedynczym, gigantycznym teleskopem, tak dużym jak cała sieć anten.

Zespół naukowców użył ALMA do dokonania obserwacji galaktyk z mapy APEX, podczas pierwszej fazy obserwacji naukowych, gdy teleskop ciągle jeszcze był w budowie. Używano mniej niż jednej czwartej docelowej ilości 66 anten, rozmieszczonych na odległościach do 125 metrów. Teleskop ALMA potrzebował zaledwie dwóch minut na galaktykę, aby powiązać ją z niewielkich obszarem, 200 razy mniejszych niż plamki na obrazach z teleskopu APEX. Dodatkowo czułość jest trzykrotnie lepsza. ALMA jest znacznie czulszym teleskopem niż inne instrumenty tego rodzaju. W ciągu zaledwie kilku godzin podwoił całkowitą liczbę tego typu obserwacji.

Zespół był w stanie nie tylko jednoznacznie zidentyfikować które galaktyki posiadają obszary aktywnego formowania się gwiazd, bowiem w połowie przypadków okazało się, że po kilka galaktyk gwiazdotwórczych było połączonych w jedną plamkę we wcześniejszych obserwacjach. Ostre oczy ALMA pozwoliły rozróżnić obiekty jako osobne galaktyki.

„Wcześniej myśleliśmy, że najjaśniejsze z tych galaktyk tworzą gwiazdy tysiące razy gwałtowniej niż nasza własna galaktyka, Droga Mleczna. Obrazy z ALMA ukazały wielokrotne, mniejsze galaktyki gwiazdotwórcze o bardziej realnych tempach procesów” powiedział Alexander Karim (Durham University, Wielka Brytania), członek zespołu i główny autor dodatkowego artykułu.

Wyniki z pierwszego statystycznie wiarygodnego katalogu galaktyk gwiazdotwórczych we wczesnym Wszechświecie stanowią solidną podstawę do dalszych badań własności tych obiektów na innych długościach gali, bez ryzyka błędnej interpretacji z powodu nakładania się galaktyk na siebie na zdjęciach.

Pomimo ostrych obrazów i niepobitej czułości ALMA, teleskopy takie jak APEX ciągle mają rolę do odegrania. „APEX może pokryć większy obszar nieba szybciej niż ALMA, jest więc idealnym teleskopem do odkrywania nowych galaktyk. Gdy już wiemy gdzie patrzeć, możemy użyć ALMA do dokładnych badań” podsumował Ian Smail (Durham University, Wielka Brytania), współautor artykułu.

Uwagi

[1] Obserwacje zostały wykonane na obszarze nieba w południowym gwiazdozbiorze Pieca. Obszar ten zwany jest Chandra Deep Field South i był już badany przez wiele teleskopów naziemnych i kosmicznych. Nowe obserwacje z ALMA powiększają bazę głębokich obserwacji tego obszaru w wysokiej rozdzielczości na milimetrową/submilimetrową część widma i uzupełniają poprzednie zestawy danych.

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 1318