Это пока что лучший снимок сливающихся галактик в ранней Вселенной

Это пока что лучший снимок сливающихся галактик в ранней Вселенной

Международная группа астрономов, используя телескоп ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) и многие другие наземные и космические телескопы, получила лучшее на сегодняшний день изображение столкновения двух галактик, которое произошло, когда Вселенная была вдвое моложе, чем сейчас. При этом для выявления деталей, которые иначе остались бы невидимы, ученые воспользовались «увеличительным стеклом» размером с галактику. Новое исследование галактики H-ATLAS J142935.3-002836 показало, что этот сложный удаленный объект по виду напоминает другой хорошо известный пример столкновения галактик, происходящего гораздо ближе – «Антенны» (Antennae Galaxies).

Знаменитый сыщик (Шерлок Холмс) пользовался лупой, чтобы разглядеть едва заметные, но важные улики. А теперешние астрономы объединяют мощь многих телескопов на Земле и в космосе [1] с силой гигантской космической «лупы», чтобы изучать интенсивные процессы звездообразования в ранней Вселенной.

“Часто астрономы ограничены в своих исследованиях оптической силой своих телескопов. Однако в некоторых случаях наша способность различать мелкие детали изображений удаленных объектов резко повышается благодаря существованию во Вселенной естественных «линз»”, — объясняет ведущий автор работы Уго Мессиас (Hugo Messias) из Университета Консепсьон (Чили) и Центра астрономии и астрофизики Лиссабонского университета (Португалия). “Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает, что при наличии на пути света достаточно большой массы световой пучок не будет распространяться по прямой, а изогнется, как будто он испытал преломление в линзе”.

Такие «космические линзы» создаются массивными структурами, обладающими большой силой тяготения – галактиками и скоплениями галактик. Они отклоняют свет, идущий к земному наблюдателю от объектов, расположенных позади них — эффект, называемый гравитационным линзированием. Увеличивающие оптические свойства таких «линз» позволяют астрономам исследовать объекты, которые иначе невозможно было бы увидеть – например, производить прямое сравнение близлежащих галактик с гораздо более далекими, которые мы видим такими, какими они были миллиарды лет назад.

Однако для того, чтобы гравитационная линза сработала, линзирующая галактика, галактика, увеличенное изображение которой мы хотим рассмотреть, и Земля должны быть очень точно расположены друг относительно друга.

“Такие случайные расположения объектов довольно редки, и их трудно распознать”, — говорит Уго Мессиас. “Однако, как показали недавние исследования, найти такие случаи гораздо легче, если вести наблюдения в далекой инфракрасной и миллиметровой области спектра”.

Объект H-ATLAS J142935.3-002836 (или, для краткости, просто H1429-0028) – один из таких источников излучения. Он был обнаружен в рамках обзора неба H-ATLAS (Herschel Astrophysical Terahertz Large Area Survey). На снимках, сделанных в видимых лучах, он очень слаб, но в далекой инфракрасной области спектра это один из ярчайших гравитационно-линзированных объектов из всех, обнаруженных на сегодняшний день. Мы видим его таким, каким он был, когда Вселенная была вдвое моложе, чем теперь.

Наблюдения этого объекта находятся на пределе возможностей современной техники, поэтому международная группа астрономов начала широкую наблюдательную кампанию с использованием самых мощных инструментов мира, как наземных, так и расположенных в космосе. В наблюдениях участвовали Космический телескоп Хаббла (NASA/ESA), телескоп ALMA, Обсерватория Кека, антенная решетка JVLA (Karl Jansky Very Large Array), и другие инструменты. Различные телескопы давали разные изображения объекта, которые комбинировались с целью получения самого глубокого на сегодня анализа этого необычного источника.

Телескопы Хаббла и Кека в деталях выявили вызванное гравитационным линзированием световое кольцо вокруг более близкой линзирующей галактики. Эти снимки, полученные с высоким разрешением, также показали, что линзирующая галактика представляет собой видимый с ребра диск (похожий на диск нашей галактики Млечного Пути). Эта галактика содержит обширные пылевые облака, которые задерживают часть проходящего сквозь эту галактику фонового излучения.

Однако для таких телескопов, как ALMA и JVLA, работающих на более длинных волнах, которые проходят сквозь космическую пыль, эти облака не помеха. Объединяя полученные на этих телескопах данные с оптическими, исследователи обнаружили, что гравитационная линза показывает нам не просто далекую галактику, а столкновение двух галактик. Как только это стало ясно, телескопы ALMA и JVLA начали играть ключевую роль в наблюдениях объекта.

В частности, с помощью ALMA удалось найти в исследуемом источнике следы окиси углерода, что дает ключ к детальному изучению механизмов звездообразования в галактиках. Наблюдения на ALMA также позволили измерить движения вещества в далеком источнике. Это как раз и позволило подтвердить, что линзируемый объект в самом деле является парой сталкивающихся галактик. В ходе этого столкновения ежегодно образуются сотни новых звезд, а одна из сталкивающихся галактик обнаруживает признаки вращения, откуда можно заключить, что перед самым столкновением она была дискообразной галактикой.

Обнаруженная система сталкивающихся галактик напоминает гораздо более близкий к нам объект: «Антенны» (the Antennae Galaxies). Это тоже пара сталкивающихся галактик, которые, как считается, имели в прошлом дисковую структуру. В «Антеннах» звезды образуются со скоростью всего в несколько десятков солнечных масс в год, тогда как в H1429-0028 каждый год возникает более 400 «солнц».

Директор ESO по научным исследованиям Роб Айвисон (Rob Ivison), соавтор новой работы, заключает: “ALMA позволила нам разгадать эту головоломку, так как с этим телескопом мы получаем информацию о скоростях газовых потоков галактиках, что в свою очередь дает возможность разделить компоненты системы и выявить классические признаки слияния галактик. Таким образом, в этой замечательной работе нам удалось буквально по горячим следам поймать сливающиеся галактики в момент, когда их столкновение дает начало мощной вспышке звездообразования”.

Примечания:

[1] В армаде астрономических инструментов, использованных при выполнении этого исследования, было не менее трех телескопов ESO — ALMA, APEX и VISTA. Кроме них в наблюдениях участвовали следующие телескопы и обзоры неба: Космический телескоп Хаббла (NASA/ESA Hubble Space Telescope), телескоп Gemini South, телескоп Keck-II, Космический телескоп Спитцера (NASA Spitzer Space Telescope), антенная решетка Jansky Very Large Array, обзоры CARMA, IRAM, SDSS и WISE.