For første gang har astronomer været i stand til at kombinere de dybeste optiske billeder af universet opnået ved Hubble-rumteleskopet med lige så skarpe billeder i den næsten infrarøde del af spektret ved hjælp af et sofistikeret nyt laserguidestjernesystem til adaptiv optik på WM Keck-observatoriet på Hawaii. De nye observationer, der blev præsenteret på American Astronomical Society (AAS) -møde i San Diego denne uge, afslører hidtil usete detaljer om kolliderende galakser med massive sorte huller ved deres kerner, set i en afstand af omkring 5 milliarder lysår, da universet var lidt over halvdelen af sin nuværende alder.
Iagttagelse af fjerne galakser i det infrarøde område afslører ældre stjerner af stjerner, end der kan ses ved optiske bølgelængder, og infrarødt lys trænger også gennem skyer af interstellært støv lettere end optisk lys. De nye infrarøde billeder af fjerne galakser blev opnået af et team af forskere fra University of California, Santa Cruz, UCLA og W. Keck Observatory. Jason Melbourne, en kandidatstuderende ved UC Santa Cruz og hovedforfatter af undersøgelsen, sagde, at de oprindelige fund inkluderer nogle overraskelser, og at forskere fortsat vil analysere dataene i de kommende uger.
”Vi har aldrig været i stand til at nå dette niveau af rumlig opløsning i det infrarøde før,” sagde Melbourne.
Foruden Melbourne inkluderer forskerteamet, ledet af David Koo fra UCSC og James Larkin fra UCLA, Jennifer Lotz, Claire Max og Jerry Nelson ved UCSC; Shelley Wright og Matthew Barczys ved UCLA; og Antonin H. Bouchez, Jason Chin, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Paul J. Stomski, Douglas Summers, Marcos A. van Dam og Peter L. Wizinowich ved Keck Observatory.
”For første gang i disse dybe billeder af universet kan vi dække alle bølgelængder af lys fra det optiske til det infrarøde med det samme niveau af rumlig opløsning. Dette giver os mulighed for at observere detaljerede substrukturer i fjerne galakser og studere deres bestanddele med en præcision, som vi ellers ikke kunne opnå ellers, ”sagde Koo, professor i astronomi og astrofysik ved UCSC.
Billederne blev opnået af Wright og Keck AO-teamet under testning af laserguidestjernens adaptive optiksystem på det 10 meter store Keck II-teleskop. De er de første billeder af videnskabelig kvalitet af fjerne galakser, der opnås med det nye system. Dette markerer et stort skridt for Center for Adaptive Optics Treasury Survey (CATS), der vil bruge adaptiv optik til at observere en stor prøve af svage, fjerne galakser i det tidlige univers, sagde UCLAs Larkin.
”Vi har arbejdet meget hårdt i flere år med at tage data omkring lyse stjerner. Men vi har været meget begrænsede med hensyn til antallet og typer objekter, som vi kan observere. Kun med laser kan vi nå de rigeste og mest spændende mål. ” Sagde Larkin.
Adaptiv optik (AO) korrigerer den slørende virkning af atmosfæren, hvilket alvorligt nedbryder billeder set af jordbaserede teleskoper. Et AO-system måler nøjagtigt denne uskarphed og korrigerer billedet ved hjælp af et deformerbart spejl, der anvender korrektioner hundreder af gange i sekundet. For at måle sløret kræver AO en lys punktkilde i teleskopets synsfelt, som kan oprettes kunstigt ved hjælp af en laser til at begejse natriumatomer i den øvre atmosfære, hvilket får dem til at gløde. Uden en sådan laserguidestjerne har astronomer været nødt til at stole på lyse stjerner (“naturlige guide stjerner”), som drastisk begrænser, hvor AO kan bruges på himlen. Endvidere er naturlige ledestjerner for lyse til at tillade observationer af meget svage, fjerne galakser i den samme del af himlen, sagde Koo.
”Fremkomsten af laserguidestjernen i Keck har åbnet himlen for adaptive optikobservationer, og vi kan nu bruge Keck til at fokusere på de felter, hvor vi allerede har vidunderlige, dybe optiske billeder fra Hubble-rumteleskopet,” sagde Koo.
Fordi diameteren på Keck-teleskopets spejl er fire gange større end Hubbles, kan det få billeder fire gange skarpere end Hubble i det nær infrarøde nu, hvor det adaptive optiske system til laserguidestjerner er tilgængeligt for at overvinde atmosfærens slørvirkninger.
Billederne, der blev præsenteret på AAS-mødet, blev opnået i et område på himlen kendt som GOODS-South-feltet, hvor dybe observationer allerede er foretaget af Hubble, Chandra X-ray Observatory og andre teleskoper. Der er seks svage galakser på billederne, herunder to røntgenkilder identificeret af Chandra. Røntgenemissionerne kombineret med den forstyrrede morfologi af disse objekter antydede for nylig fusionsaktivitet, sagde Melbourne. Fusioner kan tragt store mængder stof ind i midten af en galakse, og røntgenstråling fra det galaktiske centrum indikerer tilstedeværelsen af et massivt sort hul, der aktivt spiser stof.
”Vi er nu temmelig sikre på, at vi ser galakser, der har gennemgået de seneste fusioner,” sagde Melbourne. ”Et af disse systemer har en dobbelt kerne, så du faktisk kan se de to kerner i de fusionerende galakser. Det andet system er stærkt forstyrret - det ligner et togvrag - og er en meget stærkere røntgenkilde. ”
Ud over at oplyse den galaktiske kerne med røntgenemission, har fusioner også en tendens til at udløse dannelsen af nye stjerner ved at chokere og komprimere gasskyer. Så forskerne blev overrasket over at finde ud af, at systemet med en dobbelt kerne domineres af relativt gamle stjerner og ikke ser ud til at producere mange unge stjerner.
”Hvis vi har ret i fusionsscenariet, forekommer denne fusion mellem to galakser, der allerede havde dannet de fleste af deres stjerner milliarder af år før og ikke havde meget gas tilbage til at skabe nye stjerner,” sagde Melbourne.
Hvis yderligere undersøgelser viser, at sådanne genstande er almindelige længere tilbage i tiden, kunne disse observationer hjælpe med at forklare et af gåderne med dannelse af galakse. I henhold til den fremherskende teori om hierarkisk galaksdannelse er store galakser opbygget over milliarder af år gennem fusioner mellem mindre galakser. Siden fusioner udløser stjernedannelse, har det været vanskeligt at forklare eksistensen af meget store galakser, der mangler betydelige populationer af unge stjerner.
”En idé er, at du kan have en såkaldt tør fusion, hvor to galakser fulde af gamle stjerner, men lidt gas smelter sammen uden at danne mange nye stjerner. Det, vi ser i dette objekt, er i overensstemmelse med en tør fusion, ”sagde Melbourne. ”Selv i en tør fusion kan der stadig være nok gas til at fodre det sorte hul, hvilket producerer røntgenemissioner, men ikke nok til at give et stærkt udbrud af stjernedannelse.”
Yderligere observationer ved midt- til langt-infrarøde bølgelængder, der forventes senere i år fra Spitzer-rumteleskopet, kan hjælpe med at bekræfte dette. Spitzer-dataene vil give en bedre indikation af støvindholdet i galaksen, en vigtig variabel i fortolkningen af disse observationer, sagde Melbourne.
Det adaptive optiske system til laserguidestjerner blev finansieret af W. Keck Foundation. Det kunstige laserguidestjernesystem blev udviklet og integreret i et partnerskab mellem Lawrence Livermore National Laboratory og W. Laseren blev integreret i Keck ved hjælp af Dee Pennington, Curtis Brown og Pam Danforth. NIRC2 nær-infrarødt kamera blev udviklet af Californiens teknologiske institut, UCLA og Keck-observatoriet. Keck-observatoriet drives som et videnskabeligt partnerskab mellem CalTech, University of California og National Aeronautics and Space Administration.
Dette arbejde er blevet støttet af Center for Adaptive Optics, et videnskabs- og teknologicenter fra National Science Foundation, der administreres af UC Santa Cruz.
Original kilde: Keck News Release
