Starożytne galaktyczne megamerdżery
Dodane przez jacek dnia 26/04/2018 11:51:12
ALMA i APEX odkryły masywne skupiska formujących się galaktyk we wczesnym Wszechświecie

ESO,galaxy megamerger Artist’s impression of ancient galaxy megamerger
This artist's impression of SPT2349-56 shows a group of interacting and merging galaxies in the early Universe. Such mergers have been spotted using the ALMA and APEX telescopes and represent the formation of galaxies clusters, the most massive objects in the modern Universe. Astronomers thought that these events occurred around three billion years after the Big Bang, so they were surprised when the new observations revealed them happening when the Universe was only half that age!
Źródło: ESO/M. Kornmesser
Teleskopy ALMA i APEX spojrzały głęboko w kosmos – do czasów gdy Wszechświat miał jedna dziesiątą obecnego wieku – i ujrzały początki gigantycznych kosmicznych karamboli: zbliżające się kolizje młodych galaktyk gwiazdotwórczych. Astronomowie sądzili, że takie zdarzenia zachodziły około trzy miliardy lat po Wielkim Wybuchu, więc byli zaskoczeni, gdy obserwacje pokazały, że działo się to gdy Wszechświat miał zaledwie połowę tego wieku! Uważa się, że te starodawne systemy galaktyk są w trakcie budowania najbardziej masywnych struktur znanych we Wszechświecie: gromad galaktyk.
Treść rozszerzona

Przy pomocy Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) oraz Atacama Pathfinder Experiment (APEX) dwa międzynarodowe zespoły naukowców, którymi kierowali Tim Miller z Dalhousie University (Kanada) i Yale University (USA) oraz Iván Oteo z University of Edinburgh (Wielka Brytania), odkryły zaskakująco gęste koncentracje galaktyk, które zmierzają do połączenia, tworząc jądra struktur, która potem staną się gigantycznymi gromadami galaktyk.

Patrząc przez 90% odległości obserwowalnego Wszechświata, zespół Millera obserwował protogromadę galaktyk o nazwie SPT2349-56. Światło od tego obiektu rozpoczęło podróż do nas w momencie, gdy Wszechświat miał około jedną dziesiątą obecnego wieku.

Pojedyncze galaktyki w tym gęstym kosmicznym karambolu są galaktykami gwiazdotwórczymi, a koncentracja tak żywiołowych procesów gwiazdotwórczych w tak zwartym obszarze, czyni go najbardziej aktywnym rejonem spośród znanych w młodym Wszechświecie. Każdego roku rodzą się tam tysiące gwiazd, w porównaniu do zaledwie jednej rocznie w naszej Drodze Mlecznej.

Łącząc obserwacje z teleskopów ALMA i APEX, zespół Oteo odkrył podobny megamerdżer utworzony przez pyłowe galaktyki gwiazdotwórcze, przezwane w języku angielskim „dusty red core”, z powodu swojego bardzo czerwonego koloru.

ESO,galaxy megamerger Images of a galaxy protocluster from SPT, APEX and ALMA
This montage shows three views of the distant group of interacting and merging galaxies called SPT2349-56. The left image is a wide view from the South Pole Telescope that reveals just a bright spot. The central view is from Atacama Pathfinder Experiment (APEX) that reveals more details. The right picture is from the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) and reveals that the object is actually a group of 14 merging galaxies in the process of forming a galaxy cluster.
Źródło: ESO/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Miller et al.

Iván Oteo wyjaśnia dlaczego obiekty te są niespodziewane: „Czas życia pyłowych obszarów gwiazdotwórczych jest względnie krótki, ponieważ konsumują swój gaz w nadzwyczajnym tempie. W danym czasie, w dowolnym zakątku Wszechświata, galaktyki te są zwykle w mniejszości. Zatem odnalezienie licznych pyłowych galaktyk gwiazdoztwórczych świecących w tym samym czasie jest bardzo zagadkowe. Jest to coś, co nadal wymaga zrozumienia.”

Formujące się gromady galaktyk były najpierw dostrzeżone jako słabe smugi światła przy pomocy Teleskopu Bieguna Południowego oraz Kosmicznego Obserwatorium Herschel. Wykonane następnie obserwacje ALMA I APEX pokazały, że obiekty te mają nietypową strukturę i potwierdziły, że ich światło pochodzi z czasów dużo wcześniejszych niż się spodziewano – zaledwie 1,5 miliarda lat po Wielkim Wybuchu.

Nowe obserwacje ALMA w wysokiej rozdzielczości ostatecznie pokazały, że te dwie słabe plamki nie są pojedynczymi obiektami, ale składają się odpowiednio z czternastu i dziesięciu indywidualnych masywnych galaktyk, z których każda ma promień porównywalny z odległości pomiędzy Drogą Mleczną, a sąsiednimi Obłokami Magellana.

„Odkrycia dokonane przez ALMA mogą być tylko wierzchołkiem góry lodowej. Dodatkowe obserwacje przy użyciu teleskopu APEX pokazują, że prawdziwa liczba galaktyk gwiazdotwórczych może być nawet trzykrotnie większa. Trwające obserwacje przy pomocy instrumentu MUSE na należącym do ESO teleskopie VLT także identyfikują kolejne galaktyki” komentuje Carlos De Breuck, astronom z ESO.

Aktualnie modele teoretyczne i komputerowe sugerują, że protogromady tak masywne, jak opisane powyżej, potrzebują znacznie więcej czasu na ewolucję. Korzystając z danych z ALMA i jej niebywałej rozdzielczości oraz czułości, jako danych wejściowych do skomplikowanych symulacji komputerowych, naukowcy byli w stanie zbadać powstawanie gromady w okresie mniej niż 1,5 miliarda lat po Wielkim Wybuchu.

„To w jaki sposób łączenie galaktyk nastąpiło na tak dużą skalę w tak szybkim tempie, jest tajemnicą. Nie rozrastały się stopniowo przez miliardy lat, tak jak astronomowie się spodziewali do tej pory. Odkrycie daje wielką szansę na zbadanie w jaki sposób masywne galaktyki zgrupowały się, aby utworzyć gigantyczne gromady galaktyk” mówi Tim Miller, przyszły doktorant na Yale University, pierwszy autor jednej z publikacji.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w dwóch artykułach, “The Formation of a Massive Galaxy Cluster Core at z = 4.3”, T. Miller et al., który ukaże się w czasopiśmie Nature oraz “An Extreme Proto-cluster of Luminous Dusty Starbursts in the Early Universe”, I. Oteo et al., który ukaże się w Astrophysical Journal.

Skład zespołu badawczego Millera: T. B. Miller (Dalhousie University, Halifax, Kanada; Yale University, New Haven, Connecticut, USA), S. C. Chapman (Dalhousie University, Halifax, Kanada; Institute of Astronomy, Cambridge, Wielka Brytania), M. Aravena (Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), M. L. N. Ashby (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), C. C. Hayward (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA; Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, New York, New York, USA), J. D. Vieira (University of Illinois, Urbana, Illinois, USA), A. Weiß (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Niemcy), A. Babul (University of Victoria, Victoria, Kanada) , M. Béthermin (Aix-Marseille Université, CNRS, LAM, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Marseille, France), C. M. Bradford (California Institute of Technology, Pasadena, California, USA; Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California, USA), M. Brodwin (University of Missouri, Kansas City, Missouri, USA), J. E. Carlstrom (University of Chicago, Chicago, Illinois USA), Chian-Chou Chen (ESO, Garching, Niemcy), D. J. M. Cunningham (Dalhousie University, Halifax, Kanada; Saint Mary’s University, Halifax, Nova Scotia, Kanada), C. De Breuck (ESO, Garching, Niemcy), A. H. Gonzalez (University of Florida, Gainesville, Florida, USA), T. R. Greve (University College London, Gower Street, London, Wielka Brytania), Y. Hezaveh (Stanford University, Stanford, California, USA), K. Lacaille (Dalhousie University, Halifax, Kanada; McMaster University, Hamilton, Kanada), K. C. Litke (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, Arizona, USA), J. Ma (University of Florida, Gainesville, Florida, USA), M. Malkan (University of California, Los Angeles, California, USA) , D. P. Marrone (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, Arizona, USA), W. Morningstar (Stanford University, Stanford, California, USA), E. J. Murphy (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA), D. Narayanan (University of Florida, Gainesville, Florida, USA), E. Pass (Dalhousie University, Halifax, Kanada), University of Waterloo, Waterloo, Kanada), R. Perry (Dalhousie University, Halifax, Kanada), K. A. Phadke (University of Illinois, Urbana, Illinois, USA), K. M. Rotermund (Dalhousie University, Halifax, Kanada), J. Simpson (University of Edinburgh, Royal Observatory, Blackford Hill, Edinburgh; Durham University, Durham, Wielka Brytania), J. S. Spilker (Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, Arizona, USA), J. Sreevani (University of Illinois, Urbana, Illinois, USA), A. A. Stark (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Cambridge, Massachusetts, USA), M. L. Strandet (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Niemcy) oraz A. L. Strom (Observatories of The Carnegie Institution for Science, Pasadena, California, USA).

Skład zespołu badawczego Oteo: I. Oteo (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Wielka Brytania; ESO, Garching, Niemcy), R. J. Ivison (ESO, Garching, Niemcy; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Wielka Brytania), L. Dunne (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Wielka Brytania; Cardiff University, Cardiff, Wielka Brytania), A. Manilla-Robles (ESO, Garching, Niemcy; University of Canterbury, Christchurch, New Zealand), S. Maddox (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Wielka Brytania; Cardiff University, Cardiff, Wielka Brytania), A. J. R. Lewis (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Wielka Brytania), G. de Zotti (INAF-Osservatorio Astronomico di Padova, Padova, Italy), M. Bremer (University of Bristol, Tyndall Avenue, Bristol, Wielka Brytania), D. L. Clements (Imperial College, London, Wielka Brytania), A. Cooray (University of California, Irvine, California, USA), H. Dannerbauer (Instituto de Astrofíısica de Canarias, La Laguna, Tenerife, Hiszpania; Universidad de La Laguna, Dpto. Astrofísica, La Laguna, Tenerife, Hiszpania), S. Eales (Cardiff University, Cardiff, Wielka Brytania), J. Greenslade (Imperial College, London, Wielka Brytania), A. Omont (CNRS, Institut d’Astrophysique de Paris, Paris, France; UPMC Univ. Paris 06, Paris, France), I. Perez–Fournón (University of California, Irvine, California, USA; Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Tenerife, Hiszpania), D. Riechers (Cornell University, Space Sciences Building, Ithaca, New York, USA), D. Scott (University of British Columbia, Vancouver, Kanada), P. van der Werf (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, The Netherlands), A. Weiß (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Niemcy) oraz Z-Y. Zhang (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Wielka Brytania; ESO, Garching, Niemcy).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Ma 15 krajów członkowskich: Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy, dodatkowo Chile jest kraje gospodarzem, a Australia strategicznym partnerem. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop ELT (Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop), który stanie się „największym okiem świata na niebo”.

Linki

Krzysztof Czart
Urania -- Postępy Astronomii
Toruń, Polska