För första gången har astronomer kunnat kombinera universums djupaste optiska bilder, erhållna av Hubble Space Telescope, med lika skarpa bilder i den nästan infraröda delen av spektrumet med hjälp av ett sofistikerat nytt laserguidestjärnsystem för adaptiv optik vid WM Keck-observatoriet på Hawaii. De nya observationerna, som presenterades vid American Astronomical Society (AAS) -mötet i San Diego den här veckan, avslöjar enastående detaljer om kolliderande galaxer med massiva svarta hål vid deras kärnor, sett på ett avstånd av cirka 5 miljarder ljusår, då universum var drygt hälften av sin nuvarande ålder.
Att observera avlägsna galaxer i det infraröda området avslöjar äldre stjärnor av stjärnor än man kan se vid optiska våglängder, och infrarött ljus penetrerar också moln med interstellärt damm lättare än optiskt ljus. De nya infraröda bilderna från avlägsna galaxer erhölls av ett team av forskare från University of California, Santa Cruz, UCLA och W. Keck Observatory. Jason Melbourne, en forskarstuderande vid UC Santa Cruz och huvudförfattare till studien, sa att de första resultaten innehåller några överraskningar och att forskare kommer att fortsätta att analysera uppgifterna under de kommande veckorna.
"Vi har aldrig kunnat uppnå denna nivå av rumslig upplösning i det infraröda förut," sade Melbourne.
Förutom Melbourne inkluderar forskarteamet, ledat av David Koo från UCSC och James Larkin från UCLA, Jennifer Lotz, Claire Max och Jerry Nelson på UCSC; Shelley Wright och Matthew Barczys på UCLA; och Antonin H. Bouchez, Jason Chin, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Paul J. Stomski, Douglas Summers, Marcos A. van Dam och Peter L. Wizinowich vid Keck Observatory.
”För första gången i dessa djupa bilder av universum kan vi täcka alla våglängder av ljus från det optiska till det infraröda med samma nivå av rumslig upplösning. Detta tillåter oss att observera detaljerade substrukturer i avlägsna galaxer och studera deras beståndsdelar med en precision som vi omöjligen inte kunde få på annat sätt, säger Koo, professor i astronomi och astrofysik vid UCSC.
Bilderna erhölls av Wright och Keck AO-teamet under testning av det adaptiva optiska systemet med laserguidestjärnan på det 10 meter långa Keck II-teleskopet. Det är de första vetenskapskvalitetsbilderna från avlägsna galaxer som erhållits med det nya systemet. Detta markerar ett stort steg för Center for Adaptive Optics Treasury Survey (CATS), som kommer att använda adaptiv optik för att observera ett stort urval av svaga, avlägsna galaxer i det tidiga universum, säger UCLA: s Larkin.
”Vi har arbetat mycket hårt i flera år med att ta data kring ljusa stjärnor. Men vi har varit mycket begränsade när det gäller antalet och typer av objekt som vi kan observera. Endast med laser kan vi nå de rikaste och mest spännande målen. ” Sa Larkin.
Adaptiv optik (AO) korrigerar för suddighetseffekten av atmosfären, vilket allvarligt försämrar bilder som ses av markbaserade teleskoper. Ett AO-system mäter exakt denna suddighet och korrigerar bilden med hjälp av en deformerbar spegel och använder korrigeringar hundratals gånger per sekund. För att mäta suddigheten kräver AO en ljus punktkälla i ljuset i teleskopets synfält, som kan skapas konstgjord genom att använda en laser för att väcka natriumatomer i den övre atmosfären, vilket får dem att lysa. Utan en sådan laserguidestjärna har astronomer varit tvungna att förlita sig på ljusa stjärnor (”naturliga guidestjärnor”), vilket drastiskt begränsar var AO kan användas på himlen. Dessutom är naturliga guidestjärnor för ljusa för att möjliggöra observationer av mycket svaga, avlägsna galaxer i samma del av himlen, sade Koo.
"Tillkomsten av laserguidestjärnan i Keck har öppnat himlen för adaptiva optiska observationer, och vi kan nu använda Keck för att fokusera på de fält där vi redan har underbara, djupa optiska bilder från Hubble Space Telescope," sade Koo.
Eftersom diametern i Keck Telescope-spegeln är fyra gånger större än Hubbles, kan den få bilder fyra gånger skarpare än Hubble i det nära infraröda nu när det adaptiva optiska systemet med laserguidestjärnor är tillgängligt för att övervinna suddighetseffekterna av atmosfären.
Bilderna som presenterades vid AAS-mötet erhölls i ett himmelområde som kallas GOODS-South-fältet, där djupa observationer redan har gjorts av Hubble, röntgenobservatoriet Chandra och andra teleskoper. Det finns sex svaga galaxer i bilderna, inklusive två röntgenkällor identifierade av Chandra. Röntgenutsläppen, i kombination med den oroliga morfologin hos dessa objekt, föreslog nyligen koncentrerad aktivitet, sade Melbourne. Sammanslagningar kan tränga stora mängder materia i centrum av en galax, och röntgenstrålning från det galaktiska centret indikerar förekomsten av ett massivt svart hål som aktivt konsumerar materien.
”Vi är nu ganska säkra på att vi ser galaxer som har genomgått en ny sammanslagning,” sade Melbourne. ”Ett av dessa system har en dubbelkärna, så du kan faktiskt se de två kärnorna i de sammanslagna galaxerna. Det andra systemet är mycket störd - det ser ut som ett tågvrak - och är en mycket starkare röntgenkälla. "
Förutom att belysa den galaktiska kärnan med röntgenutsläpp tenderar sammanslagningar också att bilda nya stjärnor genom att chockera och komprimera gasmoln. Så forskarna blev förvånade över att systemet med en dubbelkärna domineras av relativt gamla stjärnor och inte verkar producera många unga stjärnor.
"Om vi har rätt när det gäller fusionsscenariot inträffar denna sammanslagning mellan två galaxer som redan hade bildat de flesta av sina stjärnor miljarder år tidigare och inte hade mycket gas kvar för att göra nya stjärnor," sade Melbourne.
Om ytterligare studier visar att sådana objekt är vanliga längre fram i tiden, kan dessa observationer hjälpa till att förklara ett av galaxbildningens pussel. Enligt den rådande teorin om hierarkisk galaxbildning, byggs stora galaxer över miljarder år genom sammanslagningar mellan mindre galaxer. Sedan sammanslagningar utlöser stjärnbildning har det varit svårt att förklara förekomsten av mycket stora galaxer som saknar betydande populationer av unga stjärnor.
”En idé är att du kan ha en så kallad torr sammanslagning, där två galaxer fulla av gamla stjärnor men lite gas smälter samman utan att bilda många nya stjärnor. Det vi ser i detta objekt är förenligt med en torr sammanslagning, ”sade Melbourne. "Även i en torr sammanslagning kan det fortfarande finnas tillräckligt med gas för att mata det svarta hålet, vilket ger röntgenutsläpp, men inte tillräckligt för att ge en stark sprängning av stjärnbildningar."
Ytterligare iakttagelser vid våglängderna i mitten till långt infraröd, väntade senare i år från Spitzer Space Telescope, kan hjälpa till att bekräfta detta. Spitzer-data kommer att ge en bättre indikation på damminnehållet i galaxen, en avgörande variabel för att tolka dessa observationer, sade Melbourne.
Det laseranpassade optiska systemet för laserguider finansierades av W. Keck Foundation. Stjärnsystemet för konstgjorda laserledare utvecklades och integrerades i ett partnerskap mellan Lawrence Livermore National Laboratory och W. Lasern integrerades i Keck med hjälp av Dee Pennington, Curtis Brown och Pam Danforth. NIRC2 nära-infraröd kamera utvecklades av California Institute of Technology, UCLA och Keck Observatory. Keck-observatoriet drivs som ett vetenskapligt partnerskap mellan CalTech, University of California och National Aeronautics and Space Administration.
Detta arbete har stöttats av Center for Adaptive Optics, ett National Science Foundation Science and Technology Center som förvaltas av UC Santa Cruz.
Originalkälla: Keck News Release
