С помощью естественных увеличительных линз в космосе космический телескоп НАСА «Хаббл» запечатлел уникальные крупные планы самых ярких инфракрасных галактик Вселенной, которые в 10 000 раз ярче, чем наш Млечный Путь.
Изображения галактик, увеличенные с помощью явления, называемого гравитационным линзированием, показывают запутанную паутину деформированных объектов, перемежающихся экзотическими узорами, такими как кольца и дуги. Странные формы в основном связаны с мощной гравитацией линзирующих галактик переднего плана, искажающих изображения галактик заднего плана. Необычные формы также могли появиться в результате захватывающих столкновений между далекими массивными галактиками в своего рода космическом дерби разрушения.
«Мы сорвали джекпот гравитационных линз», - сказал ведущий исследователь Джеймс Ловенталь из колледжа Смита в Нортгемптоне, штат Массачусетс. «Эти ультраяркие, массивные галактики со вспышками звездообразования очень редки. Гравитационное линзирование увеличивает их, так что вы можете видеть мелкие детали, которые иначе невозможно было бы вообразить. Мы можем видеть детали размером около 100 световых лет или меньше. что движет этими монстрами, а гравитационное линзирование позволяет нам изучить их более подробно."
Галактики полыхают безудержным звездообразованием, выкачивая более 10 000 новых звезд в год. Это необычайно быстрое рождение звезд происходит на пике бума звездообразования во Вселенной более 8 миллиардов лет назад. Безумие звездообразования создает много пыли, которая окутывает галактики, делая их слишком слабыми, чтобы их можно было обнаружить в видимом свете. Но они яростно светятся в инфракрасном свете, сияя яркостью от 10 до 100 триллионов солнц.
Гравитационные линзы возникают, когда интенсивная гравитация массивной галактики или скопления галактик усиливает свет более слабых, более удаленных фоновых источников. Предыдущие наблюдения галактик, обнаруженные в дальнем инфракрасном свете наземными и космическими обсерваториями, намекали на гравитационное линзирование. Но острое зрение Хаббла подтвердило подозрения исследователей.
Ловенталь представляет свои результаты 6 июня на собрании Американского астрономического общества в Остине, штат Техас.
По данным исследовательской группы, во Вселенной существует всего несколько десятков этих ярких инфракрасных галактик, разбросанных по небу. Они обитают в необычно плотных областях космоса, которые каким-то образом вызвали быстрое звездообразование в ранней Вселенной.
Галактики могут дать ключ к пониманию того, как галактики формировались миллиарды лет назад. «Есть так много неизвестного о формировании звезд и галактик», - объяснил Ловенталь.«Нам нужно понимать крайние случаи, такие как эти галактики, а также средние случаи, такие как наш Млечный Путь, чтобы иметь полную историю о том, как происходит формирование галактик и звезд».
Изучая эти странные галактики, астрономы сначала должны отделить линзирующие галактики переднего плана от ультраярких галактик заднего плана. Видеть этот эффект - все равно, что смотреть на объекты на дне бассейна. Вода искажает ваш взгляд, точно так же, как гравитация линзирующих галактик растягивает формы далеких галактик. «Нам нужно понять природу и масштаб этих эффектов линзирования, чтобы правильно интерпретировать то, что мы видим в далекой ранней Вселенной», - сказал Ловенталь. «Это относится не только к этим ярчайшим инфракрасным галактикам, но, вероятно, к большинству или даже ко всем далеким галактикам».
Команда Ловенталя находится на полпути к исследованию Хабблом 22 галактик. Международная группа астрономов впервые обнаружила галактики в дальнем инфракрасном свете, используя данные обзора космической обсерватории Планка Европейского космического агентства (ЕКА) и некоторые хитроумные исследования. Затем команда сравнила эти источники с галактиками, найденными в каталоге объектов в дальнем инфракрасном диапазоне космической обсерватории Гершеля ЕКА, и с наземными радиоданными, полученными с помощью Very Large Array в Нью-Мексико. Затем исследователи использовали Большой миллиметровый телескоп (LMT) в Мексике, чтобы измерить их точное расстояние от Земли. Изображения LMT в дальнем инфракрасном диапазоне также выявили несколько объектов, что намекает на то, что галактики подвергались гравитационному линзированию.
Эти яркие объекты существовали между 8 и 11,5 миллиардами лет назад, когда Вселенная создавала звезды более энергично, чем сегодня. Производство звезд в галактиках в 5 000-10 000 раз выше, чем в нашем Млечном Пути. Однако ультраяркие галактики производят звезды, используя только то же количество газа, что и Млечный Путь.
Итак, насущный вопрос: что приводит в действие потрясающее звездное рождение? «В течение двух десятилетий мы знали, что некоторые из самых ярких галактик во Вселенной очень пыльные и массивные, и в них происходят вспышки звездообразования», - сказал Ловенталь.«Но их было очень трудно изучать, потому что из-за пыли их практически невозможно наблюдать в видимом свете. Они также очень редки: они не появляются ни в одном из обзоров глубокого поля Хаббла. небо, на которое никто раньше не смотрел в деталях. Вот почему открытие того, что они имеют гравитационную линзу, так важно."
Эти галактики могут быть более яркими и дальними родственниками ультраярких инфракрасных галактик (ULIRGS), массивных, покрытых пылью галактик со вспышками звездообразования, наблюдаемых в соседней Вселенной. Звездообразование ULIRGS обусловлено слиянием двух спиральных галактик, что является одной из возможностей звездного бума рождения их более дальних родственников. Однако Ловенталь сказал, что компьютерное моделирование рождения и роста галактик показывает, что крупные слияния происходят в более позднюю эпоху, чем та, в которой эти галактики наблюдаются.
Еще одна идея звездообразующего всплеска заключается в том, что большое количество газа, материала, из которого образуются звезды, хлынет в далекие галактики.«Ранняя Вселенная была более плотной, поэтому, возможно, на галактики обрушивался дождь из газа, или они питались каким-то каналом или трубопроводом, который мы еще не выяснили», - сказал Ловенталь. «Вот над чем бьются теоретики: как направить весь газ в галактику достаточно быстро, чтобы это произошло?»
Исследовательская группа планирует использовать Хаббл и обсерваторию Близнецов на Гавайях, чтобы попытаться различить галактики переднего и заднего плана, чтобы они могли начать анализировать детали блестящих галактик-монстров.
Телескопы будущего, такие как космический телескоп имени Джеймса Уэбба НАСА, инфракрасная обсерватория, запуск которой запланирован на 2018 год, будут измерять скорость звезд галактик, чтобы астрономы могли рассчитать массу этих сверхсветящихся объектов.
«Небо покрыто всевозможными галактиками, в том числе и теми, которые светятся в дальнем инфракрасном диапазоне», - сказал Ловенталь. «То, что мы видим здесь, - это верхушка айсберга: самая яркая из всех».