Najlepszy obraz zderzających się galaktyk w odległym Wszechświecie

Zderzająca się para galaktyk H-ATLAS J142935.3-002836
Zderzająca się para galaktyk H-ATLAS J142935.3-002836
ESO/NASA/ESA/W. M. Keck Observatory.

Międzynarodowy zespół astronomów użył Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), a także wielu innych teleskopów naziemnych i kosmicznych, do uzyskania najlepszego obrazu kolizji pomiędzy dwoma galaktykami, która nastąpiła gdy Wszechświat miał zaledwie połowę obecnego wieku. Badacze skorzystali z pomocy szkła powiększającego o rozmiarach galaktyki, aby dostrzec normalnie niewidoczne szczegóły. Nowe badania galaktyki H-ATLAS J142935.3-002836 dowiodły, że ten złożony i odległy obiekt wygląda podobnie jak dobrze znane i znacznie bliższe zderzenia galaktyk o nazwie Galaktyki Anteny (Antennae Galaxies).

Słynny fikcyjny detektyw Sherlock Holmes używał szkła powiększającego, aby ujawnić ledwie widoczne, ale ważne dowody. Astronomowie połączyć moc wielu teleskopów na Ziemi i w kosmosie [1] ze zdecydowanie większą kosmiczną soczewką, aby zbadać przypadek żywiołowego powstawania gwiazd we wczesnym Wszechświecie.

„O ile astronomowie często są ograniczani mocą swoich teleskopów, to w niektórych przypadkach zdolność do dostrzeżenia szczegółów może być znacząco wzmocniona przez naturalne soczewki istniejące we Wszechświecie” wyjaśnia główny autor publikacji, Hugo Messias z Universidad de Concepción (Chile) oraz z Centro de Astronomia e Astrofísica da Universidade de Lisboa (Portugalia). „W swojej ogólnej teorii względności Einstein przewidział, że gdy istnieje odpowiednia masa, to światło nie porusza się po linii prostej, ale zostaje zakrzywione w sposób podobny do zakrzywienia w soczewce.”

Kosmiczne soczewki są tworzone przez masywne struktury takie jak galaktyki i gromady galaktyk, które swoją silną grawitacją zaburzają światło obiektów znajdujących się za nimi – efekt zwany jest soczewkowaniem grawitacyjnym. Powiększające własności tego efektu pozwalają astronomom na badanie obiektów, które bez tego nie byłyby widoczne. Badacze mogą porównywać lokalne galaktyki ze znacznie odleglejszymi, widzianymi w okresie gdy Wszechświat był znacznie młodszy.

Ale aby grawitacyjna soczewka zadziałała, soczewkująca galaktyka oraz obiekt znajdujący się daleko za nią, muszą był bardzo równo ułożone.

„Szanse na takie usytuowanie są małe i trudne istniejące przypadki zidentyfikować,” dodaje Hugo Messias, „ale najnowsze badania dowiodły, że obserwując w zakresie dalekiej podczerwieni i fal milimetrowych można takie przypadki znajdować znacznie efektywniej.”

H-ATLAS J142935.3-002836 (lub w skrócie H1429-0028) jest właśnie jednym z takich źródeł, znalezionym w ramach przeglądu Herschel Astrophysical Terahertz Large Area Survey (H-ATLAS). Na zdjęciach w zakresie widzialnym jest bardzo słabe, ale to jeden z najjaśniejszych obiektów soczewkowatych grawitacyjnie w zakresie dalekiej podczerwieni. Obiekt widzimy w okresie gdy Wszechświat miał zaledwie połowę obecnego wieku.

Zbadanie tego obiektu to granica obecnych możliwości, więc międzynarodowy zespół astronomów rozpoczął szeroko zakrojoną kampanię obserwacyjną za pomocą najpotężniejszych teleskopów – zarówno naziemnych, jak i kosmicznych- w tym Kosmicznego Teleskopu Hubb;ea (NASA/ESA), Obserwatorium Kecka, Karl Jansky Very Large Array (JVLA) i innych. Różne teleskopy dostarczają różnych obrazów, które można połączyć razem, aby uzyskać najlepszy wgląd w naturę tego nietypowego obiektu.

Zdjęcia z Hubble’a i Kecka ukazały szczegółowo wytworzony grawitacyjnie pierścień światła wokół pierwszoplanowej galaktyki. Fotografie w dużej rozdzielczości pokazały także, że soczewkująca galaktyka jest do nas usytuowana w płaszczyźnie dysku – podobnie jak nasza galaktyka Droga Mleczna – co przesłania część światła tła z powodu występujących obłoków pyłu.

Ale przesłanianie nie jest problemem dla ALMA i JVLA, gdyż oba te instrumenty obserwują niebo na znacznie dłuższych falach, na które nie wpływa pył. Korzystając z połączonych danych zespół odkrył, że system widoczny w tle przechodzi właśnie zderzenie pomiędzy dwoma galaktykami. Od tego momenty ALMA i JVLA zaczęły odgrywać kluczową rolę w poznawaniu dalszych własności obiektu.

W szczególności ALMA prześledziła tlenek węgla, który umożliwia dokładne badania nad mechanizmami powstawania gwiazd w galaktykach. Obserwacje ALMA pozwoliły także na zmierzenie ruchu materii w odleglejszym obiekcie. Kluczowe było pokazanie, że soczewkowaty obiekt faktycznie jest w trakcie kolizji galaktycznej i tworzy setki nowych gwiazd rocznie, a także że jedna ze zderzających się galaktyk nadal wykazuje oznaki rotacji, co wskazuje, że przed zderzeniem posiadała dysk.

System dwóch zderzających się galaktyk przypomina obiekt, który znajduje się znacznie bliżej: Galaktyki Anteny. Jest to widowiskowe zderzenie pomiędzy dwoma galaktykami, co do których uważa się, że posiadały w przeszłości strukturę dyskową. O ile Galaktyki Anteny formują gwiazdy w tempie kilkudziesięciu mas Słońca na rok, to w przypadku H1429-0028 każdego roku ponad 400 mas Słońca zamienia się z gazu w nowe gwiazdy.

Rob Ivison, Dyrektor Naukowy ESO i współautor badań, podsumowuje: „ALMA pozwoliła nam na rozwiązanie tej zagadki, ponieważ dostarcza informacji o prędkości gazu w galaktykach, co czyni możliwym rozróżnienie poszczególnych komponentów i ujawnienie klasycznych oznak galaktycznego mergera. Te piękne badania uchwyciły galaktyczny merger w momencie gdy wzbudził ekstremalne procesy gwiazdotwórcze.”

Uwagi

[1] Pośród armady instrumentów użytych do zbadania tej zagadki znalazły się trzy teleskopy ESO – ALMA, APEX oraz VISTA. W badaniach wzięły udział także: Kosmiczny Teleskop Hubble’a (NASA/ESA), teleskop Gemini South, teleskop Keck-II, Kosmiczny Teleskop Spitzera, Jansky Very Large Array,  CARMA, IRAM, SDSS oraz WISE.

Więcej informacji

Międzynarodowy kompleks astronomiczny ALMA działa w ramach partnerstwa pomiędzy Europą, Ameryką Północną i Azją Wschodnią, we współpracy z Chile. ALMA jest finansowana w Europie przez Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO), w Ameryce Północnej przez U.S. National Science Foundation (NSF), we współpracy z National Research Council of Canada (NRC) oraz National Science Council of Tajwan (NSC), a w Azji Wschodniej przez National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan, we współpracy z Academia Sinica (AS) in Taiwan. Konstrukcja i użytkowanie ALMA w imieniu Europy jest kierowane przez ESO, w imieniu Ameryki Północnej przez National Radio Astronomy Observatory (NRAO), zarządzane przez Associated Universities, Inc. (AUI), a w imieniu Azji Wschodniej przez National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Joint ALMA Observatory (JAO) umożliwia wspólne kierowanie i zarządzanie konstrukcją, testowaniem i użytkowaniem ALMA.

Wyniki badań opublikowano w artykule pt. „Herschel-ATLAS and ALMA HATLAS J142935.3-002836, a lensed major merger at redshift 1.027”, Hugo Messias et al., który ukaże się 26 sierpnia 2014 r. w internetowym wydaniu czasopisma Astronomy & Astrophysics.

Skład zespołu badawczego: Hugo Messias (Universidad de Concepción, Barrio Universitario, Chile; Centro de Astronomia e Astrofísica da Universidade de Lisboa, Portugalia), Simon Dye (School of Physics and Astronomy, University of Nottingham, Wielka Brytania), Neil Nagar (Universidad de Concepción, Barrio Universitario, Chile), Gustavo Orellana (Universidad de Concepción, Barrio Universitario, Chile), R. Shane Bussmann (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), Jae Calanog (Department of Physics & Astronomy, University of California, USA), Helmut Dannerbauer (Universität Wien, Institut für Astrophysik, Austria), Hai Fu (Astronomy Department, California Institute of Technology, USA), Edo Ibar (Pontificia Universidad Católica de Chile, Departamento de Astronomía y Astrofísica, Chile), Andrew Inohara (Department of Physics & Astronomy, University of California, USA), R. J. Ivison (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Wielka Brytania; ESO, Garching, Niemcy), Mattia Negrello (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Włochy), Dominik A. Riechers (Astronomy Department, California Institute of Technology, USA; Department of Astronomy, Cornell University, USA), Yun-Kyeong Sheen (Universidad de Concepción, Barrio Universitario, Chile), Simon Amber (The Open University, Milton Keynes, Wielka Brytania), Mark Birkinshaw (H. H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Wielka Brytania; Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), Nathan Bourne (School of Physics and Astronomy, University of Nottingham, Wielka Brytania), Dave L. Clements (Astrophysics Group, Imperial College London, Wielka Brytania), Asantha Cooray (Department of Physics & Astronomy, University of California, USA; Astronomy Department, California Institute of Technology, USA), Gianfranco De Zotti (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Włochy), Ricardo Demarco (Universidad de Concepción, Barrio Universitario, Chile), Loretta Dunne (Department of Physics and Astronomy, University of Canterbury, Nowa Zelandia; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Wielka Brytania), Stephen Eales (School of Physics and Astronomy, Cardiff University, Wielka Brytania), Simone Fleuren (School of Mathematical Sciences, University of London, Wielka Brytania), Roxana E. Lupu (Department of Physics and Astronomy, University of Pennsylvania, USA), Steve J. Maddox (Department of Physics and Astronomy, University of Canterbury, Nowa Zelandia; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Wielka Brytania), Michał J. Michałowski (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Wielka Brytania), Alain Omont (Institut d’Astrophysique de Paris, UPMC Univ. Paris, Francja), Kate Rowlands (School of Physics & Astronomy, University of St Andrews, Wielka Brytania), Dan Smith (Centre for Astrophysics Research, Science & Technology Research Institute, University of Hertfordshire, Wielka Brytania), Matt Smith (School of Physics and Astronomy, Cardiff University, Wielka Brytania) oraz Elisabetta Valiante (School of Physics and Astronomy, Cardiff University, Wielka Brytania).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Jest wspierane przez 15 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada Bardzo Duży Teleskop (Very Large Telescope), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest europejskim partnerem dla rewolucyjnego teleskopu ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. ESO planuje obecnie 39-metrowy Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope - E-ELT), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 1380