Ukończono najgłębszy w historii przegląd spektroskopowy

The Hubble Ultra Deep Field seen with MUSE
This colour image shows the Hubble Ultra Deep Field region, a tiny but much-studied region in the constellation of Fornax, as observed with the MUSE instrument on ESO's Very Large Telescope. But this picture only gives a very partial view of the riches of the MUSE data, which also provide a spectrum for each pixel in the picture. This data set has allowed astronomers not only to measure distances for far more of these galaxies than before - a total of 1600 - but also to find out much more about each of them. Surprisingly 72 new galaxies were found that had eluded deep imaging with the NASA/ESA Hubble Space Telescope.
Źródło: ESO/MUSE HUDF collaborationAstronomowie korzystający z instrumentu MUSE na należącym do ESO teleskopie VLT w Chile przeprowadzili najgłębszy w historii przegląd spektroskopowy. Skupili się na Ultragłębokim polu Hubble'a, mierząc odległości i własności 1600 bardzo słabych galaktyk, w tym 72 nigdy wcześniej nie wykrytych, nawet przez sam Kosmiczny Teleskop Hubble'a. Ten przełomowy zestaw danych dał już efekt w postaci 10 publikacji naukowych opublikowanych w specjalnym wydaniu czasopisma "Astronomy & Astrophysics". Uzyskane bogactwo informacji daje astronomom wgląd w powstawanie gwiazd we wczesnym Wszechświecie i pozwala na badanie ruchów i innych własności wczesnych galaktyk - a wszystko to możliwe dzięki unikatowym możliwościom spektroskopowym MUSE.

---

Zespół przeglądu nieba MUSE HUDF Survey, którym kierował Roland Bacon z University of Lyon (CRAL, CNRS), Francja, użył MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) do obserwacji Ultragłębokiego Pola Hubble'a (heic0406), wielokrotnie badanego fragmentu w południowym gwiazdozbiorze Pieca. Efektem są najgłębsze obserwacje spektroskopowe kiedykolwiek wykonane - pomierzono precyzyjne informacje spektroskopowe dla 1600 galaktyk, czyli dziesięć razy więcej niż z trudem uzyskano w tym polu przez ostatnią dekadę przy pomocy teleskopów naziemnych.

Oryginalne obrazy Ultragłębokiego Pola Hubble'a były pionierskimi dla obserwacjami głębokiego pola przy pomocy należącego do NASA/ESA Kosmicznego Teleskopu Hubbl'a, opublikowanymi w 2004 roku. Zbadały fragment nieba głębiej niż ktokolwiek wcześniej i ujawniły menażerię galaktyk datowanych na mniej niż miliard lat po Wielkim Wybuchu. Potem sukcesywnie obszar ten były obserwowany wiele razy przez Kosmiczny Teleskp Hubble'a i inne teleskopy, dając najgłębszy obraz Wszechświata [1]. Teraz, pomimo głębokości obserwacji Hubble'a, instrument MUSE, wśród wielu innych wyników, odkrył 72 galaktyki, których wcześniej nie widziano na tym niewielkim skrawku nieba.

Roland Bacon wyjaśnia: "MUSE może zrobić coś, czego nie potrafi Kosmiczny Teleskop Hubble'a - rozdziela światło z każdego punktu w obrazie na składowe kolory i tworzy widmo. Pozwala to na mierzenie odległości, barw i innych własności galaktyk, które widzimy - w tym obiektów, które są niewidoczne dla samego Teleskopu Hubble'a."

Dane z MUSE dają nowe spojrzenie na słabe, bardzo odległe galaktyki, widziane blisko początków Wszechświata około 13 miliardów lat temu. Instrument wykrył galaktyki 100 razy słabsze niż wcześniejsze przeglądy, dodając sporo informacji do już mocno obserwowanego pola i pogłębiając nasze zrozumienie galaktyk w różnym wieku.

Przegląd ujawnił 72 kandydatki na galaktyki emitujące w zakresie Lyman-alfa [2]. Obecne zrozumienie procesów formowania gwiazd nie jest w stanie w pełni wyjaśnić tych galaktyk, które wydają się świecić jasno tylko w jednej brawie. Ponieważ MUSE rozdziela światło na składowe kolory, obiekty te stają się widoczne, ale pozostają ukryte na głębokich bezpośrednich obrazach, takich jak z Teleskopu Hubble'a.

"MUSE ma unikatowe zdolności uzyskiwania informacji o jednych z najwcześniejszych galaktyk we Wszechświecie - nawet we fragmencie nieba, który już był bardzo dobrze zbadany" wyjaśnia Jarle Brinchmann z University of Leiden w Holandii i z Institute of Astrophysics and Space Sciences na CAUP w Porto w Portugalii, pierwszy autor jednej z publikacji opisujących wyniki przeglądu. "Dowiadujemy się takich rzeczy o tych galaktykach, które nie byłyby możliwe bez spektroskopii, np. poznajemy skład chemiczny i ruchy wewnętrzne - nie galaktyka po galaktyce, ale dla wszystkich galaktyk jednocześnie!"

Innym sporym odkryciem w tych badaniach były systematyczne detekcje jasnych wodorowych halo wokół galaktyk we wczesnym Wszechświecie, co daje astronomom nowym, obiecujący sposób na badanie jak materia przepływa do wnętrza i na zewnątrz wczesnych galaktyk.

Wiele innych zastosować uzyskanego zestawu danych jest analizowanych w serii artykułów, są to m.in. badanie roli słabych galaktyk podczas epoki wtórnej jonizacji (zaczynającej się zaledwie 380 000 lat po Wielkim Wybuchu), tempa łączenia się galaktyk, gdy Wszechświat był młody, galaktycznych wiatrów, powstawania gwiazd, a także wykonywania map ruchów gwiazd we wczesnym Wszechświecie.

"Co więcej, wszystkie te dane zostały uzyskane bez najnowszej modernizacji systemu optyki adaptacyjnej (adaptatywnej). Aktywacja takiego systemu po dekadzie intensywnej pracy astronomów i inżynierów1)w z ESO daje nadzieje na jeszcze bardziej rewolucyjne dane w przyszłości" - podsumowuje Roland Bacon [3].

Uwagi

[1] Ultragłębokie Pole Hubble'a jest jednym najintensywniej badanych obszarów kosmosu. Do tej pory obserwowało go 13 instrumentów na ośmiu teleskopach, w tym ALMA, któremu partneruje ESO (eso1633) - łącznie na falach od rentgenowskich do radiowych.

[2] Ujemnie naładowane elektrony, które krążą wokół dodatnie naładowanych jąder w atomach, mają skwantowane poziomy energii. Oznacza to, że mogą istnieć tylko w specyficznych stanach energetycznych i mogą przechodzić tylko pomiędzy nimi, uzyskując lub tracąc konkretne ilości energii. Promieniowanie w Lyman-alfa jest wytwarzane, gdy elektrony w atomach wodoru spadają z drugiego najniższego na najniższy poziom energetyczny. Precyzyjna ilość energii tracona w ten sposób jest wyświecana na konkretnej długości fali w ultrafioletowym zakresie widma, który astronomowie mogą wykrywać przy pomocy teleskopów kosmicznych, albo naziemnych, jeśli obiekty wykazują przesunięcie ku czerwieni. Dla omawianych danych, przy przesunięciu ku czerwieni z ~ 3-6.6, promieniowanie Lyman-alfa jest obserwowane w zakresie widzialnym i w bliskiej podczerwieni.

[3] System optyki adaptacyjnej Adaptive Optics Facility, razem z MUSE, ukazał wcześniej po raz pierwszy pierścienie wokół mgławicy planetarnej IC 4406 (eso1724).

Więcej informacji

Wyniki badań opisano w serii 10 artykułów, które ukażą się w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.

Skład zespołu badawczego: (University of Lyon, Lyon, Francja), Hanae Inami (University of Lyon, Lyon, Francja), Jarle Brinchmann (Leiden Observatory, Leiden, Holandia; Instituto de Astrofísica e Ci'ncias do Espaço, Porto, Portugalia), Michael Maseda (Leiden Observatory, Leiden, Holandia), Adrien Guerou (IRAP, Université de Toulouse, Francja; ESO, Garching, Niemy), A. B. Drake (University of Lyon, Lyon, Francja), H. Finley (IRAP, Université de Toulouse, Toulouse, Francja), F. Leclercq (University of Lyon, Lyon, Francja), E. Ventou (IRAP, Université de Toulouse, Toulouse, Francja), T. Hashimoto (University of Lyon, Lyon, Francja), Simon Conseil (University of Lyon, Lyon, Francja), David Mary (Laboratoire Lagrange, Nice, Francja), Martin Shepherd (University of Lyon, Lyon, Francja), Mohammad Akhlaghi (University of Lyon, Lyon, Francja), Peter M. Weilbacher (Leibniz-Institut für Astrophysik Postdam, Postdam, Niemcy), Laure Piqueras (University of Lyon, Lyon, Francja), Lutz Wisotzki (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Niemcy), David Lagattuta (University of Lyon, Lyon, Francja), Benoit Epinat (IRAP, Université de Toulouse, Toulouse, Francja; Aix Marseille Université, Marseille, Francja), Sebastiano Cantalupo (ETH Zurich, Zurich, Szwajcaria), Jean Baptiste Courbot (University of Lyon, Lyon, Francja; ICube, Université de Strasbourg, Strasbourg, Francja), Thierry Contini (IRAP, Université de Toulouse, Toulouse, Francja), Johan Richard (University of Lyon, Lyon, Francja), Rychard Bouwens (Leiden Observatory, Leiden, Holandia), Nicolas Bouché (IRAP, Université de Toulouse, Toulouse, Francja), Wolfram Kollatschny (AIG, Universität Göttingen, Göttingen, Niemcy), Joop Schaye (Leiden Observatory, Leiden, Holandia), Raffaella Anna Marino (ETH Zurich, Zurich, Szwajcaria), Roser Pello (IRAP, Université de Toulouse, Toulouse, Francja), Christian Herenz (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Niemcy), Bruno Guiderdoni (University of Lyon, Lyon, Francja), Marcella Carollo (ETH Zurich, Zurich, Szwajcaria), S. Hamer (University of Lyon, Lyon, Francja), B. Clément (University of Lyon, Lyon, Francja), G. Desprez (University of Lyon, Lyon, Francja), L. Michel-Dansac (University of Lyon, Lyon, Francja), M. Paavast (Leiden Observatory, Leiden, Holandia), L. Tresse (University of Lyon, Lyon, Francja), L. A. Boogaard (Leiden Observatory, Leiden, Holandia), J. Chevallard (Scientific Support Office, ESA/ESTEC, Noordwijk, Holandia) S. Charlot (Sorbonne University, Paris, Francja), J. Verhamme (University of Lyon, Lyon, Francja), Marijn Franx (Leiden Observatory, Leiden, Holandia), Kasper B. Schmidt (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Niemcy), Anna Feltre (University of Lyon, Lyon, Francja), Davor Krajnović (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Niemcy), Eric Emsellem (ESO, Garching, Niemcy; University of Lyon, Lyon, Francja), Mark den Brok (ETH Zurich, Zurich, Szwajcaria), Santiago Erroz-Ferrer (ETH Zurich, Zurich, Szwajcaria), Peter Mitchell (University of Lyon, Lyon, Francja), Thibault Garel (University of Lyon, Lyon, Francja), Jeremy Blaizot (University of Lyon, Lyon, Francja), Edmund Christian Herenz (Department of Astronomy, Stockholm University, Stockholm, Swecja), D. Lam (Leiden University, Leiden, Holandia), M. Steinmetz (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Niemcy) oraz J. Lewis (University of Lyon, Lyon, Francja).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Wspiera je 16 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. 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

• MUSE HUDF Special Issue in A&A
• "The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: I. Survey description, data reduction and source detection" by R. Bacon et al.
• "The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: II. Spectroscopic Redshift and Line Flux Catalog, and Comparisons to Color Selections of Galaxies at 3 < z < 7- by H. Inami et al.
• "The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: III. Testing photometric redshifts to 30th magnitude" by J. Brinchmann et al.
• "The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: IV. An Overview of C III] Emitters" by M. V. Maseda et al.
• "The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: V. Spatially resolved stellar kinematics of galaxies at redshift 0.2 " z - 0.8- b A. Guérou
• "The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: VI. The Faint-End of the Ly" Luminosity Function at 2.91 < z < 6.64 and Implications for Reionisation" by A. B. Drake et al.
• "The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey:VII. Fe II* Emission in Star-Forming Galaxies" by H. Finley et al.
• "The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: VIII. Extended Lyman α haloes" by F. Leclercq et al.
• "The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: IX. evolution of galaxy merger fraction up to z ≈ 6" by E. Ventou et al.
• "The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: X. Lyα Equivalent Widths at 2.9 < z < 6.6" by T. Hashimoto et al.
• MUSE
• MUSE and the Adaptive Optics Facility (eso1724)

Krzysztof Czart
Urania -- Postępy Astronomii
Toruń, Polska

ESOcast 140 Light: MUSE Dives into the Hubble Ultra Deep Field