| EPUP |
| 5282 planet |
Najgłębsze w historii obserwacje milimetrowe wczesnego Wszechświata
Międzynarodowy zespół astronomów użył sieci radioteleskopów Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) do zbadania odległego zakątka Wszechświata, po raz pierwszy ukazanego na słynnych zdjęcia Ultragłębokiego Pola Hubble’a (Hubble Ultra Deep Field – HUDF). Nowe obserwacja ALMA są znacząco głębsze i ostrzejsze niż poprzednie przeglądy na falach milimetrowych. Wyraźnie pokazują, że tempo powstawania gwiazd w młodych galaktykach jest ściśle związane z całkowitą masą ich gwiazd. Pozwalają także prześledzić występowanie gazu gwiazdotwórczego w różnych punktach w czasie (czego wcześniejsze badania nie pokazywały), dając nowe spojrzenie na „Złoty Wiek” powstawania galaktyk około 10 miliardów lat temu.Nowe wyniki ALMA zostaną opublikowane w serii artykułów, które ukażą się w „Astrophysical Journal” oraz „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”. Wyniki znajdują się także wśród wybranych do prezentacji w tym tygodniu podczas konferencji Half a Decade of ALMA w Palm Springs, Kalifornia, USA.
W roku 2004 opublikowano zdjęcia Ultragłębokiego Pola Hubble’a (Hubble Ultra Deep Field) — które zapoczątkowały obserwacje głębokiego pola przy pomocy należącego do NASA/ESA Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Te spektakularne obrazy sięgnęły dalej niż jakiekolwiek wcześniejsze badania i ukazały menażerię galaktyk rozciągniętą w czasie aż do nieco poniżej miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Obszar na niebie był obserwowany kilkakrotnie przez Teleskop Hubble’a i wiele innych teleskopów, dając najgłębszy widok na Wszechświat.
Astronomowie korzystający z ALMA przebadali to pozornie nieznaczące, ale intensywnie badane, okno na odległy Wszechświat. Dokonali tego po raz pierwszy głęboko i z dobrą rozdzielczością w zakresie fal milimetrowych [1]. Pozwoliło to po raz pierwszy zobaczyć słabą poświatę od obłoków gazu oraz emisję od ciepłego gazu w galaktykach we wczesnym Wszechświecie.
ALMA obserwowała do tej pory pole HUDF łącznie przez około 50 godzin. Jest to największa ilość czasu obserwacyjnego, jaki ALMA spędziła na jednym obszarze nieba.
Jedna z grupa naukowych, którą kiedrował Jim Dunlop (University of Edinburgh, Wielka Brytania) wykorzystała ALMA do uzyskania głębokiego, jednorodnego obrazu obszaru o wielkości pola HUDF. Dane pozwoliły badaczom powiązać wykryte galaktyk z obiektami widocznymi na zdjęcia z Teleskopu Hubble’a i innych teleskopów.
Pokazało to po raz pierwszy, że masa gwiazd w galaktyce jest najlepszym wskaźnikiem tempa procesów gwiazdotwórczych dla Wszechświata dużych przesunięć ku czerwieni. Wykryto właściwie same bardzo masywne galaktyki [2] i praktycznie nic innego.
Jim Dunlop, główny autor publikacji opisujące uzyskane obrazy, wskazuje na znaczenie tych wyników: „Jest to przełomowy rezultat. Po raz pierwszy dla głębokich zdjęć z Teleskopu Hubble’a, we właściwy sposób połączyliśmy obrazy w świetle widzialnym i ultrafioletowym z obrazami w dalekiej podczerwieni/na falach milimetrowych z ALMA.”
Drugi zespół badawczy, którym kierowali Manuel Aravena z Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile oraz Fabian Walter z Max Planck Institute for Astronomy w Heidelbergu, Niemcy, przeprowadził jeszcze głębsze poszukiwania na około jednej szóstej powierzchni całego pola HUDF [3].
„Przeprowadziliśmy pierwsze w pełni losowe, trójwymiarowe poszukiwania chłodnego gazu we wczesnych Wszechśiwecie” powiedział Chris Carilli, astronom z National Radio Astronomy Observatory (NRAO) w Socorro, New Mexico, USA, członek zespołu badawczego. „Dzięki nim odkryliśmy populację galaktyk, na której występowanie brak dowodów w innych głębokich przeglądach nieba.” [4]
Część z nowych obserwacji ALMA była nakierowana na wykrycie galaktyk bogatych w tlenek węgla, wskazujący obszary gotowe do procesów gwiazdotwórczych. Mimo, iż te rezerwuary gazu molekularnego napędzają aktywność gwiazdotwórczą galaktyk, często bardzo trudno je dostrzec za pomocą Teleskopu Hubble’a. ALMA może ujawnić brakującą część procesów powstawania i ewolucji galaktyk.
„Nowe wyniki ALMA wskazują na gwałtowny wzrost zawartości gazu w galaktykach gdy patrzymy coraz dalej wstecz w czasie” dodaje pierwszy autor dwóch innych publikacji, Manuel Aravena (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile). „Ten rosnący składnik gazowy jest prawdopodobnie przyczyną znacznego wzrostu tempa procesów gwiazdotwórczych podczas szczytowej epoki formowania się galaktyk, około 10 miliardów lat temu.”
Zaprezentowane dzisiaj wyniki dopiero zaczynają serię przyszłych obserwacji sondujących odległy Wszechświat za pomocą ALMA. Na przykład planowana jest 150-godzinna kampania obserwacyjna pola HUDF, która da jeszcze więcej informacji o historii powstawania gwiazd we Wszechświecie.
„Uzupełniając nasze zrozumienie brakującej materii gwiazdotwórczej, przyszły ALMA Large Program wzbogaci wiedzę o galaktykach w Ultragłębokim Polu Hubble’a” podsumowuje Fabian Walter.
[1] Astronomowie specjalnie wybrali obszar HUDF, rejon kosmosu w słabym gwiazdozbiorze Pieca, aby teleskopy naziemne na południowej półkuli, takie jak ALMA, również mogły go badać, poszerzając naszą wiedzę o bardzo odległym Wszechświecie.
Zbadanie głębokiego, ale optycznie niewidocznego fragmentu Wszechświata, było jednym z głównych celów naukowych dla ALMA.
[2] W tym kontekście „duża masa” oznacza galaktyki o masach gwiazdowych większych niż 20 miliardów mas Słońca (2 x 1010 mas Słońca). Dla porównania, Droga Mleczna jest dużą galaktyką i ma masę około 100 miliardów mas Słońca.
[3] Ten obszar na niebie jest około siedemset razy mniejszy niż powierzchnia tarczy Księżyca w pełni. Jednym z najbardziej zaskakujących aspektów HUDF była olbrzymia liczba odkrytych galaktyk na tak niewielkim skrawku nieba.
[4] Zdolność ALMA do dostrzegania zupełnie innego fragmentu widma elektromagnetycznego, w porównaniu do Teleskopu Hubble’a, pozwala astronomom na badania różnych klas obiektów astronomicznych, takich jak masywne obłoki gwiazdotwórcze, albo obiekty zbyt słabe do obserwacji w zakresie widzialnym, ale dostrzegalne na falach milimetrowych.
Badania określono jako losowe („na ślepo”), ponieważ nie skupiano się na żadnym konkretnym obiekcie.
Nowe obserwacje ALMA dotyczące HUDF obejmują dwa osobne, ale komplementarne rodzaje danych: (1) obserwacje w widmie ciągłym (continuum), które ujawniają emisję od pyłu i powstawanie gwiazd oraz (2) przegląd emisyjnych linii widmowych, które pozwalają na „zajrzenie” do zimnego gazu molekularnego zasilającego procesy powstawania gwiazd. Drugi z przeglądów jest szczególnie cenny, ponieważ zawiera informacje o stopniu przesunięcia ku czerwieni światła od odległych obiektów, co jest efektem rozszerzania się Wszechświata. Większe przesunięcie ku czerwieni oznacza, że obiekt znajduje się dalej i widzimy go bardziej wstecz w czasie. Pozwala to astronomom na tworzenie trójwymiarowych map gazu gwiazdotwórczego w trakcie jesgo ewolucji w kosmicznej skali czasu.
Wyniki badań zaprezentowano w artykułach:
“A deep ALMA image of the Hubble Ultra Deep Field”, by J. Dunlop et al., który ukaże się w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
“The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Search for the [CII] Line and Dust Emission in 6 < z < 8 Galaxies”, M. Aravena et al., który ukaże się w Astrophysical Journal.
“The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Molecular Gas Reservoirs in High-Redshift Galaxies”, R. Decarli et al., który ukaże się w Astrophysical Journal.
“The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: CO Luminosity Functions and the Evolution of the Cosmic Density of Molecular Gas”, R. Decarli et al., który ukaże się w Astrophysical Journal.
“The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Continuum Number Counts, Resolved 1.2-mm Extragalactic Background, and Properties of the Faintest Dusty Star Forming Galaxies”, M. Aravena et al., który ukaże się w Astrophysical Journal.
“The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Survey Description”, F. Walter et al., który ukaże się w Astrophysical Journal.
“The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: the Infrared excess of UV-selected z= 2-10 Galaxies as a Function of UV-continuum Slope and Stellar Mass”, R. Bouwens et al., który ukaże się w Astrophysical Journal.
“The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Implication for spectral line intensity mapping at millimeter wavelengths and CMB spectral distortions”, C. L. Carilli et al., który ukaże się w Astrophysical Journal.
