Spitzer Space Telescope (SST) är det fjärde och sista instrumentet i NASA: s Great Observatories-serie. SST följde Hubble Space Telescope (HST), Chandra X-Ray och Compton Gamma Ray Observatories ut i rymden den 25 augusti 2003. Placerad i jord-släpande heliocentrisk (sol) bana och arbetar under en 2,5-årig stadga inom NASA: s Origins-programmet, SST avslöjade sitt första offentliga ljus i maj 2004 - vilket gav världen en spektakulär infraröd utsikt över den vända mot stora spiralgalaxen M51 i Canes Venatici.
Lord Rosse beskrev först M51 som en "spiralnebula" 1845. Det var inte förrän Edwin Hubble löst svaga variabla stjärnor inom en annan "M" - M31 - att M51 och andra "spiralnebulaer" uppnådde en rang som var lika med vår egen mjölkväg - Galaxy!
Men att namnge en sak är inte att förklara det. En av de tuffaste sakerna att förklara om någonting är "Hur blev det vad det är?"
Långt innan SST: s bild av M51 släpptes hade astronomer redan fått en "heads-up" på en sällsynt instans av en klass avlägsna föremål i himlen - ett expansivt område med gas och damm som glödde svagt men ändå utan övervakning av stjärnljus - bara den typ av studie som kunde revolutionera hur astronomer förstår galaxbildning. NASA: s Origins-program hade gjort en stor hit och nu var problemet att förflytta löparen hem med andra datakällor ...
I ett papper med titeln "Upptäckten av en stor ~ 200 kpc gasnebulosa vid z = ~ 2,7 med Spitzer Space Telescope" (publicerad 29 mars 2005), astrofysiker Arjun Dey från National Optical Astronomy Observatory (NOAO) och kollegor från andra organisationer ( inklusive SST-operationscentret vid Jet Propulsion Laboratory) som samlade data från hela den nedre halvan av em-spektrumet - radio till synligt ljus - för att måla en bild av tidig galaxklyngbildning associerad med denna upphetsade (och spännande) region av damm och gas som ligger ungefär 11.3 BLY är borta i tid och rum.
Med teamets ord: "Vi rapporterar om upptäckten av en mycket stor rumslig utsträckt nebula förknippad med en lysande mittinfraröd källa." För dig och mig betyder det att de upptäckte ”för länge sedan, och långt borta livmodern av tidig galaktisk födelse”.
Objektet (SST24 J1434110 + 331733) kartlades ursprungligen med hjälp av SST: s MIPS- och IRAC-detektorer under en mitten av infraröd undersökning av vårens konstellation Bootes i slutet av januari 2004. Efter datareduktion av JPL-personal blev det tydligt att SST24 kunde erbjuda vissa extremt betydelsefulla insikter i den mystiska eran av galaktisk utveckling när unga galaxer är inbäddade i saker med stjärnbildningen. Men för att penetrera detta skulle kräva att bilden av regionen utvidgas med ljus från hela spektrumet.
Till viss del drevs behovet av att se andra på SST24 av den begränsade öppningen i SST: s 0,84 meters spegel och de långa våglängderna som är förknippade med infrarött ljus. I bästa fall avslöjade SST den centrala tredjedelen av nebulositeten. (Instrument ombord på SST är begränsade till 6 bågsekunders detaljupplösning.) Tre omborddetektorer (Infraröd Array-kamera -IRAC, Infraröd spektrograf - IRS och Multiband Imaging Photometer för Spitzer - MIPS) bild och analyserar infrarött ljus mitt till långt -infrared våglängder (3,6-160 mikrometer).
Även om ljus som observeras med hjälp av de tre SST-instrumenten mestadels härrör från "varma" föremål (gaser och damm), kan ljus från nästan optiska källor också ses efter en expansiv rödförskjutning över stora avstånd. Intressant nog flaggades en speciell ljus linje i samma "nästan optiska ljus" för astronomisk användning av astrofysiker Lyman Spitzer - namnen till SST själv - en av de ledande 1900-talets förespråkare för infraröd astronomi.
Tillsammans med data från andra instrument satte Dey och hans team samman ett övertygande fall för en aktiv galaktisk kärna (AGN) inom SST24. Om verifiering av en sådan AGN skulle visa att svarta hål spelar en viktig roll i den tidiga galaxutvecklingen. Ett sådant exempel kan mycket väl revolutionera vår förståelse av galaxbildning genom att göra AGN: s mer orsaken - snarare än effekten - av galaxgruppsbildning ...
Visuella data som använts av teamet förknippat med SST24 samlades in med hjälp av 4 m och 2,1 m teleskop från NOAO i Kitt Peak, Arizona. Dessa instrument förbättrade SST-upplösningen med en faktor på nästan åtta gånger. Andra tillgängliga data i optiskt ljus utökade bilden av SST24s energiproduktion. Under maj och juni 2004 samlades spektrografisk information om SST24 (tillsammans med förgrunds- och bakgrundsobjekt) i fininställda och exakt orienterade remsor med en bågsekund genom 10 meter Keck I-instrumentet på Mauna Kea, Hawaii.
Från tidningens sammanfattning, "Den ljusa mitten av infraröd källan upptäcktes först i observationer gjorda med Spitzer Space Telescope. Befintliga bredbandsavbildningsdata från NOAO Deep Wide-Field Survey avslöjade den mellersta infraröda källan för att vara förknippad med en diffus, rumsligt utsträckt, optisk motsvarighet ... Spektroskopi och ytterligare avbildning ... avslöjar att den optiska källan är nästan rent linjeemitterande nebulosa med lite om något, detekterbart diffus kontinuitetsemission. ”
Vanligtvis visar mogna galaxer ett fullt spektrum av ljus som genereras av svartkroppsstrålning från stjärnfotosfärer. Sådana bredbandsspektra förstärks vanligtvis av smala, ljusa emissionslinjer associerade med atom excitation. Men SST24: s spektrum domineras av ett enda smalt strålningsband. Det bandet - även omskiftat 3,7 gånger på grund av 11,3 BLY: s lågkonjunktur - associerar med frekvensen "Lyman Alpha" som släpps ut av vätgas. Vanligtvis bestrålar sådana Lyman-alfa-moln genom stimulering från avlägsna bakgrundskvasarer. Men i fallet med SST24 kan en annan mekanism vara inblandad - en svart hålkälla i själva nebulosan.
Genom att sammansätta SST24s struktur bestämde vetenskapsteamet att dess AGN kompenseras från molnets centrum med nästan en tiondel av molnets fulla utsträckning. Även om det är oklart vilken inverkan denna förskjutning har på galaxbildningen, måste faktumet införlivas i hur vi modellerar galaxgruppsbildning i framtiden.
Spektrografiska förändringar i Lyman alpha light indikerar också att den centrala 100 KLY-regionen i SST24 långsamt kretsar och innehåller massekvivalenterna av cirka 6 biljoner solsolar - några 5x det från vår egen Vintergatan och Whirlpool (M51) kombinerade. SST24 inkluderar en rymdregion som lätt omfattar hela Vintergatan och alla tolv satellitgalaxier.
Men SST24 saknar helt stjärnbildning. Teamet rapporterar att "en ung stjärna som bildar galax ligger nära den norra änden av nebulon." Den galaxen är reddened av damm, har samma rödförskjutning som Lyman-alfastrålningen, plus bredbandstrålning förknippad med stjärnbildning. Denna galax ger ingen indikation på att ha en AGN. På grund av detta kan vi snart lära oss att AGN: er kanske inte spelar en viktig roll för bildandet av alla galaxer.
Även om radiofrekvensundersökning av SST24 är svår (på grund av upplösningsproblem vid långa våglängder), påpekar teamet att dess mellan-infraröda till radiovågdensitetsförhållande, "visar anmärkningsvärd likhet med starburst-galaxer ..." Av denna anledning delar av SST24 matta passerar genom en era med snabb stellarutveckling som snabbt kan leda till uppenbarelsen av en fullblåst galax rik med lysande uppfödarstjärnor ...
SST24 är inte det enda Lyman-alpha-molnet som någonsin har upptäckts, men de få som upptäckts anses vara extraordinära av vetenskapsteamet: "Sällsyntheten i dessa> 100kpc lyman-alpha-moln, deras förening med kraftfulla AGN- och galaxöverdensiteter, och deras energikunster antyder allt att dessa regioner är bildningsplatserna för de mest massiva galaxerna. Om så är fallet, kan förstå de fysiska förhållandena och energin i dessa system ge viktiga insikter i den enorma galaxbildningsprocessen. "
Skrivet av Jeff Barbour
