For første gang har astronomer kunnet kombinere de dypeste optiske bildene av universet, oppnådd av Hubble-romteleskopet, med like skarpe bilder i den nærinfrarøde delen av spekteret ved å bruke et sofistikert nytt laserguidestjernesystem for adaptiv optikk på WM Keck-observatoriet på Hawaii. De nye observasjonene, presentert på American Astronomical Society (AAS) møte i San Diego denne uken, avslører enestående detaljer om kolliderende galakser med massive sorte hull ved kjernene deres, sett i en avstand på rundt 5 milliarder lysår, da universet var drøyt halvparten av sin nåværende alder.
Å observere fjerne galakser i det infrarøde området avslører eldre populasjoner av stjerner enn det som kan sees på optiske bølgelengder, og infrarødt lys trenger også lettere inn i skyer av interstellært støv enn optisk lys. De nye infrarøde bildene av fjerne galakser ble oppnådd av et team av forskere fra University of California, Santa Cruz, UCLA og W. Keck Observatory. Jason Melbourne, en doktorgradsstudent ved UC Santa Cruz og hovedforfatter av studien, sa at de første funnene inkluderer noen overraskelser og at forskere vil fortsette å analysere dataene i ukene som kommer.
"Vi har aldri vært i stand til å oppnå dette nivået av romlig oppløsning i det infrarøde," sa Melbourne.
I tillegg til Melbourne inkluderer forskerteamet, ledet av David Koo fra UCSC og James Larkin fra UCLA, Jennifer Lotz, Claire Max og Jerry Nelson ved UCSC; Shelley Wright og Matthew Barczys ved UCLA; og Antonin H. Bouchez, Jason Chin, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Paul J. Stomski, Douglas Summers, Marcos A. van Dam, og Peter L. Wizinowich ved Keck Observatory.
For første gang i disse dype bildene av universet kan vi dekke alle bølgelengder av lys fra det optiske til det infrarøde med samme nivå av romlig oppløsning. Dette gjør det mulig for oss å observere detaljerte understrukturer i fjerne galakser og studere deres bestanddeler med en presisjon vi umulig kunne oppnå, ”sa Koo, professor i astronomi og astrofysikk ved UCSC.
Bildene ble innhentet av Wright og Keck AO-teamet under testing av laser-guide-stjernens adaptive optiske system på det 10 meter store Keck II-teleskopet. De er de første vitenskapskvalitetsbildene av fjerne galakser oppnådd med det nye systemet. Dette markerer et stort skritt for Center for Adaptive Optics Treasury Survey (CATS), som vil bruke adaptiv optikk for å observere en stor prøve av svake, fjerne galakser i det tidlige universet, sier UCLAs Larkin.
”Vi har jobbet veldig hardt i flere år med å ta data rundt lyse stjerner. Men vi har vært veldig begrenset med tanke på antall og typer objekter som vi kan observere. Bare med laseren kan vi nå de rikeste og mest spennende målene. ” Sa Larkin.
Adaptiv optikk (AO) korrigerer for uskarpheten i atmosfæren, noe som alvorlig ødelegger bilder sett av bakkebaserte teleskoper. Et AO-system måler nøyaktig denne uskarpheten og korrigerer bildet ved hjelp av et deformerbart speil, bruker korreksjoner hundrevis av ganger i sekundet. For å måle uskarpheten krever AO en lys punktkilde i teleskopets synsfelt, som kan lages kunstig ved å bruke en laser for å begeistre natriumatomer i den øvre atmosfæren, og få dem til å glødes. Uten en slik laserguidestjerne har astronomer vært nødt til å stole på lyse stjerner (“naturlige guide stjerner”), som drastisk begrenser hvor AO kan brukes på himmelen. Videre er naturlige ledestjerner for lyse til å tillate observasjoner av veldig svake, fjerne galakser i samme del av himmelen, sa Koo.
"Fremkomsten av laserguidestjernen på Keck har åpnet himmelen for adaptive optikkobservasjoner, og vi kan nå bruke Keck til å fokusere på de feltene der vi allerede har fantastiske, dype optiske bilder fra Hubble-romteleskopet," sa Koo.
Fordi diameteren på Keck Teleskopets speil er fire ganger større enn Hubbles, kan den skaffe bilder fire ganger skarpere enn Hubble i det nær infrarøde lyset nå som det adaptive optiske systemet for laserguidestjerner er tilgjengelig for å overvinne uskarpe effekter av atmosfæren.
Bildene som ble presentert på AAS-møtet ble innhentet i et område på himmelen kjent som GOODS-South-feltet, hvor dype observasjoner allerede er gjort av Hubble, Chandra X-ray Observatory og andre teleskoper. Det er seks svake galakser på bildene, inkludert to røntgenkilder identifisert av Chandra. Røntgenutslippene, kombinert med den forstyrrede morfologien til disse objektene, antydet nyere fusjonsaktiviteter, sa Melbourne. Sammenslåinger kan trakte store mengder materie inn i sentrum av en galakse, og røntgenutslipp fra det galaktiske senteret indikerer tilstedeværelsen av et massivt svart hull som aktivt forbruker materie.
"Vi er nå ganske sikre på at vi ser galakser som har gjennomgått nylige fusjoner," sa Melbourne. "Et av disse systemene har en dobbel kjernekraft, slik at du faktisk kan se de to kjernene i de sammenslåtte galakser. Det andre systemet er sterkt forstyrret - det ser ut som et togvrak - og er en mye sterkere røntgenkilde. ”
I tillegg til å lyse opp den galaktiske kjernen med røntgenutslipp, har fusjoner også en tendens til å utløse dannelsen av nye stjerner ved å sjokkere og komprimere skyer av gass. Så forskerne ble overrasket over å finne at systemet med en dobbel kjerne er dominert av relativt gamle stjerner og ikke ser ut til å produsere mange unge stjerner.
"Hvis vi har rett i fusjonsscenariet, skjer denne sammenslåingen mellom to galakser som allerede hadde dannet de fleste av stjernene sine milliarder av år før og ikke hadde mye bensin til overs for å lage nye stjerner," sa Melbourne.
Hvis tilleggsstudier viser at slike gjenstander er vanlige lenger tilbake i tid, kan disse observasjonene bidra til å forklare et av puslespillene i galaksdannelsen. I henhold til den rådende teorien om hierarkisk galaksedannelse, er store galakser bygget opp over milliarder av år gjennom sammenslåinger mellom mindre galakser. Siden fusjoner utløser stjernedannelse, har det vært vanskelig å forklare eksistensen av veldig store galakser som mangler betydelige bestander av unge stjerner.
”En idé er at du kan ha en såkalt tørr fusjon, der to galakser fulle av gamle stjerner, men lite gass, smelter sammen uten å danne mange nye stjerner. Det vi ser med dette objektet stemmer overens med en tørr fusjon, ”sa Melbourne. "Selv i en tørr fusjon kan det fremdeles være nok gass til å mate det sorte hullet og produsere røntgenutslipp, men ikke nok til å gi et sterkt spreng av stjernedannelse."
Ytterligere observasjoner ved midten til langt infrarøde bølgelengder, som forventes senere i år fra Spitzer-romteleskopet, kan være med på å bekrefte dette. Spitzer-dataene vil gi en bedre indikasjon på støvinnholdet i galaksen, en avgjørende variabel for å tolke disse observasjonene, sa Melbourne.
Det adaptive optiske systemet for laserguidestjerner ble finansiert av W. Keck Foundation. Det kunstige laserguidestjernesystemet ble utviklet og integrert i et samarbeid mellom Lawrence Livermore National Laboratory og W. Laseren ble integrert på Keck ved hjelp av Dee Pennington, Curtis Brown og Pam Danforth. NIRC2 nærinfrarødt kamera ble utviklet av California Institute of Technology, UCLA og Keck Observatory. Keck-observatoriet drives som et vitenskapelig partnerskap mellom CalTech, University of California, og National Aeronautics and Space Administration.
Dette arbeidet har blitt støttet av Center for Adaptive Optics, et Science Science Technology Center (National Science Foundation) ledet av UC Santa Cruz.
Originalkilde: Keck News Release
