Spitzer-rumteleskopet (SST) er det fjerde og sidste instrument i NASAs Great Observatories-serie. SST fulgte Hubble-rumteleskopet (HST), Chandra X-Ray og Compton Gamma Ray-observatorierne i rummet den 25. august 2003. Placeret i en jord-efterfølgende heliocentrisk (sol) bane og arbejder under et 2,5-årigt charter inden for NASA's Origins-programmet, SST afslørede det første offentlige lys i maj 2004 - hvilket gav verden en spektakulær infrarød udsigt over den storslåede spiralgalakse M51 i Canes Venatici.
Lord Rosse beskrev først M51 som en “spiralnebula” i 1845. Det var ikke før Edwin Hubble løste svage variable stjerner inden for en anden “M” - M31 - at M51 og andre “spiralnebularer” opnåede en rang, der var lig med vores egen Mælkevej - Galaxy!
Men at navngive en ting er ikke at forklare det. En af de sværeste ting at forklare om noget er “Hvordan blev det, hvad det er?”
Længe før frigivelsen af SSTs billede af M51, havde astronomer allerede fået en "heads-up" på en sjælden forekomst af en klasse fjerne objekter i himlen - et ekspansivt område af gas og støv, der glødede svagt men alligevel uden opsyn af stjernelig lys - bare den slags undersøgelse, der kunne revolutionere måden astronomer forstår galaksdannelse. NASAs Origins-program havde gjort et stort hit, og nu var problemet at bevæge løberen hjem med andre datakilder ...
I et papir med titlen "Opdagelse af en stor ~ 200 kpc gasnøgle ved z = ~ 2,7 med Spitzer-rumteleskopet" (udgivet 29. marts 2005), udgjorde astrofysiker Arjun Dey fra National Optical Astronomy Observatory (NOAO) og kolleger fra andre organisationer ( inklusive SST-operationscentret ved Jet Propulsion Laboratory) samlet data fra tværs over den nedre halvdel af em-spektret - radio til synligt lys - for at male et billede af dannelse af tidlig galakse-klynge, der er forbundet med denne ophidsede (og spændende) region af støv og gas placeret ca. 11,3 BLY'er væk i tid og rum.
Med teamets ord “Vi rapporterer om opdagelsen af en meget stor rumligt udvidet tåge forbundet med en lysende midtinfrarød kilde.” For dig og mig betyder det, at de opdagede ”for længe siden og langt væk fra livmoderen til tidlig galaktisk fødsel”.
Objektet (SST24 J1434110 + 331733) blev oprindeligt kortlagt ved hjælp af SSTs MIPS- og IRAC-detektorer under en midtinfrarød undersøgelse af forårets konstellation Bootes i slutningen af januar 2004. Efter datareduktion fra JPL-personale blev det klart, at SST24 kunne tilbyde nogle ekstremt betydelig indsigt i den mystiske æra med galaktisk udfoldelse, når unge galakser er indhegnet i tingene med stjernedannelse. Men for at trænge ind i disse ting ville det kræve, at billedet af regionen udvides ved hjælp af lys fra hele em-spektret.
Til dels blev behovet for at se andre på SST24 drevet af den begrænsede åbning af SSTs 0,84 meter spejl og de lange bølgelængder, der er forbundet med infrarødt lys. I bedste fald afslørede SST den centrale tredjedel af nebulositeten. (Instrumenter ombord på SST er begrænset til 6 bues sekunders detaljeringsopløsning.) Tre omborddetektorer (det infrarøde array-kamera -IRAC, Infrarød spektrograf - IRS og multiband-billedfotometre til Spitzer - MIPS) billede og analyserer infrarødt lys midt til langt -infrarøde bølgelængder (3,6-160 mikrometer).
Selvom lys, der observeres ved hjælp af de tre SST-instrumenter, hovedsagelig stammer fra ”varme” genstande (gasser og støv), kan der også ses lys fra næsten optiske kilder efter ekspansiv rødskift over store afstande. Interessant nok blev en bestemt lys linje i det samme “næsten optiske lys” først markeret til astronomisk brug af astrofysiker Lyman Spitzer - navnebror af selve SST - en af de førende talsmænd for det 20. århundrede for infrarød astronomi.
Sammen med data fra andre instrumenter sammensatte Dey og hans team en overbevisende sag til en aktiv galaktisk kerne (AGN) i SST24. Hvis bekræftet en sådan AGN ville demonstrere, at sorte huller spiller en vigtig rolle i den tidlige galakseudvikling. Et sådant eksempel kan meget vel revolutionere vores forståelse af galaksdannelse ved at gøre AGN's mere årsagen - snarere end virkningen - af dannelse af galaksegrupper ...
Visuelle data, der blev brugt af teamet, der er forbundet med SST24, blev indsamlet ved hjælp af 4 m og 2,1 m teleskoper fra NOAO i Kitt Peak, Arizona. Disse instrumenter forbedrede SST-opløsningen med en faktor på næsten otte gange. Andre tilgængelige data i optisk lys udvidede billedet af SST24's energiproduktion. I løbet af maj og juni 2004 blev spektrografisk information om SST24 (sammen med forgrunds- og baggrundsobjekter) samlet i fint afstemte og præcist orienterede 1 bue-sekundstrimler gennem Keck I-instrumentet på 10 meter på Mauna Kea, Hawaii.
Fra papirets sammendrag, ”Den lyse midtinfrarøde kilde blev først fundet i observationer foretaget ved hjælp af Spitzer-rumteleskopet. Eksisterende bredbåndsafbildningsdata fra NOAO Deep Wide-Field Survey afslørede, at den midterste infrarøde kilde er forbundet med en diffus, rumligt udvidet, optisk modstykke… Spektroskopi og yderligere billeddannelse… afslører, at den optiske kilde er næsten rent linieemitterende nebula med lidt, om nogen, detekterbar diffus kontinuumemission. ”
Modne galakser viser typisk et fuldt spektrum af lys genereret af blackbody-stråling fra stjernernes fotosfærer. Sådanne bredbåndspektre forstærkes sædvanligvis af smalle, lyse emissionslinjer forbundet med atom excitation. Men SST24's spektrum domineres af et enkelt smalt strålebånd. Dette band - skønt rødskiftet 3,7 gange på grund af 11,3 BLY'er i recession - forbinder med "Lyman Alpha" -frekvensen, der udsendes af brintgas. Normalt bestråler sådanne Lyman-alpha-skyer ved stimulering fra fjerne baggrundskvasarer. Men i tilfælde af SST24 kan en anden mekanisme være involveret - en sort hulkilde i selve tågen.
Ved at sammensætte SST24s struktur bestemte videnskabsteamet, at dens AGN udlignes fra skyens centrum med næsten en tiendedel af skyens fulde omfang. Selvom det er uklart, hvilken indflydelse denne forskydning har på galaksdannelse, skal faktum heri indarbejdes i, hvordan vi modellerer galaksegruppedannelse fremover.
Spektrografiske forskydninger i Lyman alfa-lys indikerer også, at den centrale 100 KLY-region i SST24 langsomt drejer sig og indeholder masseækvivalenten til nogle 6 billioner solskinner - nogle gange 5x i forhold til vores egen Mælkevej og boblebad (M51) kombineret. SST24 inkluderer et område med rum, der let omfatter hele Mælkevejen og alle tolv satellitgalakser.
Men SST24 er ikke fuldstændig blottet for stjernedannelse. Holdet rapporterer, at "en ung stjerne, der danner galakse, ligger nær den nordlige ende af tågen." Denne galakse er rødmet af støv, har den samme rødskift som Lyman-alfa-stråling plus bredbåndstråling forbundet med stjernedannelse. Denne galakse giver ingen indikation af at have en AGN. På grund af dette lærer vi måske snart, at AGN'er muligvis ikke spiller en vigtig rolle for dannelsen af alle galakser.
Selvom radiofrekvensundersøgelse af SST24 er vanskelig (på grund af opløsningsspørgsmål ved lange bølgelængder), påpeger teamet, at dens melleminfrarøde til radiobølgetæthedsforhold "viser en bemærkelsesværdig lighed med stjernebrydende galakser ..." Af denne grund er dele af SST24 mat passerer gennem en æra med hurtig stellar evolution, der hurtigt kan føre til åbenbaring af en fuldblæst galakse rig med lysende opdrætningsstjerner ...
SST24 er ikke den eneste Lyman-alpha-sky, der nogensinde er blevet opdaget, men de få, der er opdaget, anses for at være ekstraordinære af videnskabsteamet: ”Sjældenheden ved disse> 100 kpc lyman-alpha-skyer, deres tilknytning til kraftige AGN- og galakseoverskridelser, og deres energikraft antyder alle at disse regioner er dannelsesstederne for de mest massive galakser. Hvis dette er tilfældet, kan forståelsen af disse systemers fysiske forhold og energikilder give vigtig indsigt i den enorme galakse-dannelsesproces. ”
Skrevet af Jeff Barbour
