När det gäller att studera några av de mest avlägsna och äldsta galaxerna i universum, presenterar ett antal utmaningar sig. Förutom att de är miljarder ljusår bort är dessa galaxer ofta för svaga för att se tydligt. Lyckligtvis har astronomer kommit att förlita sig på en teknik som kallas Gravitational Lensing, där gravitationskraften hos ett stort föremål (som ett galaktiskt kluster) används för att förstärka ljuset från dessa svagare galaxer.
Med hjälp av denna teknik upptäckte nyligen ett internationellt team av astronomer en avlägsen och tyst galax som annars skulle ha gått obemärkt. Leds av forskare från University of Hawaii i Manoa, använde teamet Hubble Space Telescope för att utföra det mest extrema fallet med gravitationslinser hittills, vilket gjorde att de kunde observera den svaga galaxen känd som eMACSJ1341-QG-1.
Studien som beskriver deras resultat nyligen dök upp i The Astrophysical Journal Lettersunder titeln “Trettiofaldig: Extrem Gravitational Lensing of a Quiescent Galaxy at z = 1,6 ″. Ledd av Harald Ebeling, en astronom från University of Hawaii i Manoa, inkluderade teamet medlemmar från Niels Bohr-institutet, Center Nationale de Recherche Scientifique (CNRS), Space Telescope Science Institute och European Southern Observatory (ESO).
För studiens skull förlitade sig teamet på den enorma galaxklyngen känd som eMACSJ1341.9-2441 för att förstora ljuset som kommer från eMACSJ1341-QG-1, en avlägsen och svagare galax. I astronomiska termer är denna galax ett exempel på en "lugnande galax", som är i grunden äldre galaxer som till stor del har tappat ut sina tillförsel av damm och gas och därför inte bildar nya stjärnor.
Teamet började med att ta bilder av den svaga galaxen med Hubble och sedan genomföra uppföljning spektroskopiska observationer med hjälp av ESO / X-Shooter-spektrografen - som är en del av Very Large Telescope (VLT) vid Paranal Observatory i Chile. Baserat på deras uppskattningar bestämde teamet att de kunde förstärka bakgrundsgalaxen med en faktor 30 för den primära bilden och en faktor sex för de två återstående bilderna.
Detta gör eMACSJ1341-QG-1 till den mest förstärkta lugna galaxen som hittills upptäckts och med en ganska stor marginal! Som Johan Richard - en assistentastronom vid University of Lyon som utförde linsberäkningarna och en medförfattare till studien - anges i en University of Hawaii News-utgåva:
"Den mycket höga förstoringen av denna bild ger oss en sällsynt möjlighet att undersöka stjärnpopulationerna i detta avlägsna objekt och, i slutändan, att rekonstruera dess oskadade form och egenskaper."
Även om andra extrema förstoringar har genomförts tidigare, har denna upptäckt satt ett nytt rekord för förstoring av en sällsynt lugnande bakgalax. Dessa äldre galaxer är inte bara mycket svåra att upptäcka på grund av deras lägre ljusstyrka; studiet av dem kan avslöja några mycket intressanta saker om galaxernas bildning och utveckling i vårt universum.
Som Ebeling, en astronom med UH: s institut för astronomi och ledande författare för studien, förklarade:
”Vi är specialiserade på att hitta extremt massiva kluster som fungerar som naturliga teleskop och har redan upptäckt många spännande fall av gravitationslinser. Denna upptäckt skiljer sig dock ut som den enorma förstoring som tillhandahålls av eMACSJ1341 ger oss möjlighet att studera i detalj en mycket sällsynt typ av galax. ”
Roliga galaxer är vanliga i det lokala universum som representerar slutpunkten för den galaktiska utvecklingen. Som sådan kan detta rekordbrytande fynd ge några unika möjligheter för att studera dessa äldre galaxer och bestämma varför stjärnbildningen slutade i dem. Som Mikkel Stockmann, en gruppmedlem från Köpenhamns universitet och expert på galaxutveckling, förklarade:
”[A] vi tittar på mer avlägsna galaxer, vi ser också tillbaka i tiden, så vi ser föremål som är yngre och borde ännu inte ha använt sin gasförsörjning. Att förstå varför denna galax redan har slutat bilda stjärnor kan ge oss kritiska ledtrådar om de processer som styr hur galaxer utvecklas. ”
På liknande sätt nyligen studier har genomförts som antyder att närvaron av ett Supermassive Black Hole (SMBH) kan vara det som är ansvarig för att galaxer blir stillastående. När de kraftfulla strålarna som dessa svarta hål skapar börjar tömma kärnan i galaxerna i deras damm och gas, befinner sig potentiella stjärnor i svält av materialet de skulle behöva genomgå gravitationskollaps.
Under tiden genomförs uppföljningsobservationer av eMACSJ1341-QG1 med teleskop vid Paranal-observatoriet i Chile och Maunakea-observatorierna på Hawaii. Vad dessa observationer avslöjar kommer säkert att berätta för oss mycket om vad som kommer att bli av vår egen Vintergalax en dag, när den sista av damm och gas tappas och alla dess stjärnor blir röda jättar och långlivade röda dvärgar.
