ALMA Long Baseline Campaign dostarczyła bardzo szczegółowego zdjęcia odległej galaktyki soczewkowanej grawitacyjnie. Fotografia pokazuje powiększony obraz obszarów gwiazdotwórczych w galaktyce, z poziomem detali, którego jak dotąd nie uzyskiwano dla tak odległych obiektów. Nowe obserwacje są znacznie dokładniejsze niż wykonywane za pomocą należącego do NASA/ESA Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i ukazują zgęszczenia gwiazdotwórcze w galaktyce będące odpowiednikami olbrzymich wersji Mgławicy w Orionie.
ALMA Long Baseline Campaign wykonała niesamowite obserwacje i zgromadziła niespotykanie szczegółowe informacje na temat mieszkańców pobliskiego i dalekiego Wszechświata. Obserwacje wykonano pod koniec 2014 r. jako część kampanii skierowanej na odległa galaktykę o nazwie HATLAS J090311.6+003906, znaną także jako SDP.81. Światło pochodzące od galaktyki dostało się pod wpływ kosmicznego efektu zwanego soczewkowaniem grawitacyjnym. Wielka galaktyka znajdująca się pomiędzy SDP.81, a ALMA [1], działa jak soczewka, zaburzając światło odleglejszej galaktyki i tworząc prawie idealny przykład zjawiska określanego przez naukowców jako pierścień Einsteina [2].
Co najmniej siedem grup naukowców [3] niezależnie analizowało dane ALMA związane z SDP.81. Ta nawałnica publikacji naukowych ujawniła niespodziewane informacje na temat galaktyki, ukazując szczegóły jej struktury, zawartości, ruchu i innych charakterystyk fizycznych.
ALMA działa jako interferometr. Mówiąc prostymi słowami, sieć wielu anten pracuje w idealnej synchronizacji, aby zbierać światło jako gigantyczny wirtualny teleskop [4]. W efekcie nowe obrazy SDP.81 mają rozdzielczość do 6 razy lepszą [5] niż wykonane w podczerwieni przez należący do NASA/ESA Kosmiczny Teleskop Hubble’a.
Skomplikowane modele astronomiczne ujawniły nigdy wcześniej nie obserwowaną, drobną strukturę w SDP.81, w formie pyłowych obłoków, które są uznawane za magazyny zimnego gazu molekularnego – miejsca narodzin gwiazd i planet. Modele te były w stanie skorygować zaburzenia wytworzone przez powiększającą soczewkę grawitacyjną.
Dzięki temu obserwacje ALMA są tak ostre, że badacze mogą zobaczyć w galaktyce obszary powstawania gwiazd aż do rozmiarów około 200 lat świetlnych, co odpowiada gigantycznych wersjom Mgławicy w Orionie. W obszarach tych, na drugim końcu Wszechświata, produkowane jest tysiące razy więcej nowych gwiazd. Po raz pierwszy zjawisko tego rodzaju zostało dostrzeżone w tak dużej odległości.
„Zrekonstruowany obraz galaktyki z ALMA jest spektakularny” mówi Rob Ivison, współautor dwóch z publikacji i Dyrektor Naukowy ESO. „Olbrzymia powierzchnia zbiorcza ALMA, wielka separacja pomiędzy antenami oraz stabilna atmosfera nad pustynią Atakama, prowadzą do znakomitych detali zarówno na zdjęciach, jak i w widmach. Oznacza to, że mamy bardzo czułe obserwacje, a także informacje w jaki sposób różne części galaktyki się poruszają. Możemy badać galaktyki na drugim końcu Wszechświata, gdy łączą się i tworzą olbrzymią liczbę gwiazd. To właśnie tego typu sprawy zajmują mnie codziennie rano!”
Korzystając z informacji widmowych zebranych przez ALMA, astronomowie zmierzyli także w jaki sposób odległa galaktyka się obraca oraz oszacowali jej masę. Dane pokazały, że gaz w galaktyce jest niestabilny – zgęszczenia zapadają się do środka i zapewne zamienią się w przyszłości w nowe, gigantyczne obszary gwiazdotwórczy
Warto zaznaczyć, że modelownie efektów soczewkowania wskazuje także na występowanie supermasywne czarnej dziury w centrum bliższej galaktyki soczewkującej [6]. Centralna część odległej SDP.81 jest zbyt słaba, aby ją wykryć, co prowadzi do wniosku, że bliższa galaktyka posiada supermasywne czarną dziurę o masie 200-300 milionów mas Słońca.
Liczba publikacji korzystających pojedynczego zestawu danych ALMA pokazuje emocje wytworzone przez potencjał wysokiej rozdzielczości sieci i moc zbierania promieniowania. Pokazuje także w jaki sposób ALMA pozwoli astronomom dokonywać kolejnych odkryć w najbliższych latach, dotyczących jeszcze większej liczby pytań na temat natury odległych galaktyk.
Uwagi
[1] Soczewkowana galaktyka jest widziana w czasie gdy Wszechświat miał zaledwie 15 procent swojego obecnego wieku, około 2,4 miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Światło potrzebowało ponad dwa razy więcej czasu niż wiek Ziemi, aby do nas dotrzeć (11,4 miliarda lat), omijając po drodze bliższą, masywną galaktykę, znajdującą się względnie blisko, bo cztery miliardy lat świetlnych od nas.
[2] Soczewkowanie grawitacyjne zostało przewidziane przez Alberta Einsteina jako część jego ogólnej teorii względności. Teoria ta wyjaśnia nam w jaki sposób obiekty zakrzywiają czasoprzestrzeń. Pozwala to szczególnie masywnych obiektom – olbrzymim galaktykom i gromadom galaktyk – na działanie jak kosmiczne szkła powiększające. Pierścień Einsteina jest specjalnym rodzajem soczewki grawitacyjnej, w której Ziemia, bliższa galaktyka soczewkująca oraz dalsza galaktyka sozczewkowana są ułożone idealnie w linii, co tworzy harmonijne zaburzenie w postaci pierścienia światła. Zjawisko to zostało zilustrowane na Filmie A.
[3] Skład zespołów naukowych został podany poniżej.
[4] Zdolność ALMA do dostrzegania najdrobniejszych detali jest osiągana gdy anteny znajdują się w swoim najszerszym rozstawieniu, w odległości do 15 kilometrów. Dla porównania, wcześniejsze obserwacje soczewek grawitacyjnych wykonane za pomocą ALMA były przeprowadzone w znacznie bardziej zwartej konfiguracji, z separacją zaledwie około 500 metrów. Można je zobaczyć tutaj.
[5] W danych można zmierzyć szczegóły aż do 0,0234 sekundy łuku (czyli 23 milisekund łuku). Galaktyka ta była obserwowana przez Teleskop Hubble’a w bliskiej podczerwieni z rozdzielczością około 0,16 sekundy łuku. Należy zwrócić jednak uwagę, że na krótszych falach Teleskop Hubble’a może osiągnąć rozdzielczość w bliskim ultrafiolecie do 0,022 sekundy łuku. Z kolei zdolność rozdzielcza ALMA może być ustawiana w zależności od rodzaju obserwacji poprzez przesuwanie anten dalej lub bliżej od siebie. W przypadku opisywanych obserwacji użyte zostało najszersze rozstawienie, co dało najlepszą możliwą rozdzielczość.
[6] Obrazy z ALMA w wysokiej rozdzielczości pozwalają naukowcom na spojrzenie w centralne obszary odległej galaktyki, które powinny pojawić się w centrum pierścienia Einsteina. Jeśli bliższa galaktyka posiada supermasywną czarną dziurę w swoim centrum, to centralny obraz staje się słabszy. Słabość centralnego obrazu wskazuje na to jaka jest supermasywna czarna dziura w bliższej galaktyce.
Więcej informacji
Wyniki badań zaprezentowano w ośmiu publikacjach, które wkrótce się ukażą. Poniżej podano skład zespołów badawczych.
Czytaj więcej: