Najodleglejsza gromada galaktyk zauważona przez teleskop Hubble

Najodleglejsza gromada galaktyk zauważona przez teleskop HubbleOriginal Press Release
Teleskop kosmiczny NASA Hubble odkrył gromadę galaktyk w początkowej fazie grupowania się – jest to najbardziej odległe takie zgrupowanie jakie dotąd obserwowano we wczesnym Wszechświecie.

Obiekty te widzimy jako efekt najwcześniejszych etapów narodzin galaktyk, kiedy właśnie rozpoczynają grupowanie się w gromady. Obserwacja potwierdza nasze teorie dotyczące budowania gromad galaktyk. Teleskop Hubble jest akurat wystarczająco potężny, by być w stanie dostrzec pierwsze przykłady tego procesu w tej odległości

Michele Trenti
University of Colorado at Boulder
Institute of Astronomy at the University of Cambridge

Trenti zaprezentował wyniki badań na spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego w Austin w Teksasie.

Większość galaktyk we wszechświecie należy do grup i gromad i wiele dojrzałych takich zbiorów astronomowie zbadali szczegółowo w odległości sięgającej 11 miliardów lat świetlnych. Jednak znalezienie gromad we wczesnej fazie grupowania się pozostaje wyzwaniem, ponieważ są one rzadkie, słabe i rozproszone po niebie.

„Musimy zbadać wiele różnych obszarów nieba, ponieważ szanse na znalezienie czegoś tak rzadkiego są bardzo małe „- mówi Trenti, którzy użył w tym celu kamery Wide Field Camera 3 (WFC3) teleskopu Hubble. -” To jak gra w Okręty. Zazwyczaj w badanym fragmencie  nie ma nic, ale jeśli trafimy we właściwe miejsce, możemy znaleźć wiele galaktyk.”

Ponieważ odległe, raczkujący gromady są tak słabe, zespół polował na najjaśniejszych galaktyki układów. Przypominając  billboardy, reklamują stref budowy gromad. Galaktyki we wczesnych epokach Wszechświata nie istnieją samotnie. Na podstawie symulacji i modeli, astronomowie uważają, że galaktyki powinny się gromadzić. Ponieważ jasność jest powiązana z masą, to najjaśniejsze galaktyki precyzyjnie wskazują lokalizację rozwijających się gromad. Galaktyki istnieją w głębokich czasoprzestrzennych studniach ciemnej materii. Ta niewidzialna forma materii stanowi podstawę do budowy grawitacyjne rusztowania galaktyk. Zespół sądzie, że w tym samym rejonie istnieje wiele innych, słabszych galaktyk, które nie pozostały poza zasięgiem Hubble'a.

Pięć jasnych galaktyk dostrzeżonych przez HST ma masę do jednej dziesiątej do jednej drugiej masy Drogi Mlecznej, ale jednocześnie mają porównywalną do naszej Galaktyki jasność. Galaktyki są jasne i masywne, ponieważ pożywiają się ogromnymi ilościami gazu dostarczanego przez fuzje z innymi galaktykami. Symulacje zespołu pokazują, że galaktyki te ostatecznie połączą się tworząc najjaśniejszą galaktykę centralną gromady podobną do olbrzymiej galaktyki eliptycznej takiej jak M87 w gromadzie Panny.

Obserwacje wskazują na stopniowe wzrastanie galaktyk i potwierdzają hierarchiczny model budowy galaktyk, w którym małe obiekty nabierają masy i zlewają się, tworząc większe obiekty w łagodnym procesie kolizji i grupowania się.

Hubble prowadził obserwacje w bliskiej podczerwieni, ponieważ widzialne i ultrafioletowe światło bardzo odległych  galaktyk zostało rozciągnięte w wyniku rozszerzania się przestrzeni aż do tej długości. Obserwacje te są częścią przeglądu BoRG (Brightest of Reionizing Galaxies), w którym naukowcy wykorzystują kamerę WFC3 by zidentyfikować najjaśniejsze galaktyki w epoce odległej w czasie i przestrzeni o 13 miliardów lat, gdy światło pierwszych gwiazd wypalało właśnie zimną wodorową mgłę w procesie wtórnej jonizacji (rejonizacji).

Zespół oszacował odległość do nowo odkrytych galaktyk na podstawie ich barwy, jednak astronomowie zamierzają wykonań obserwacje spektroskopowe, które zmierzą precyzyjnie odległość do nich na podstawie ekspansji przestrzeni. Nie tylko  pomogą astronomom dokładnie zmierzyć odległość do gromady, ale także dostarczą danych na temat wzajemnych prędkości galaktyk, weryfikując ostatecznie, czy są one ze sobą związane grawitacyjnie.

Wykonane w ubiegłym roku obserwacje spektroskopowe innej odległej gromady galaktyk potwierdziły jej odległość wynoszącą 12,6 miliardów lat świetlnych od Ziemi. Tamtą gromadę odkrył zespół astronomów kierowany przez Piotra L. Capak z Spitzer Science Center NASA w Caltech.

Bez obserwacji spektroskopowych nie można mieć pewności, czy obserwowane przez Trentiego galaktyki są ze sobą związane grawitacyjnie. Średnia odległość między nimi jest prawdopodobnie porównywalna z odległościami pomiędzy galaktykami w Grupie Lokalnej, na którą składają się dwie duże galaktyki spiralne – Droga Mleczna i Galaktyka Andromedy – oraz kilkadziesiąt małych galaktyk karłowych.

Obserwacje te wykorzystują teleskop Hubble do granic jego możliwości. Ten obszar jednak będzie zapewne intensywnie badany przez planowane i budowane nowe teleskopy, takie jak teleskop kosmiczny NASA James Webb Space Telescope (JWST) – kosmiczne obserwatorium podczerwone mające rozpocząć obserwacje pod koniec tego dziesięciolecia. JWST  będzie obserwował w głębszej podczerwieni, co pozwali mu badać jeszcze wcześniejsze etapy powstawania galaktyk – w czasach sięgających zaledwie okresu 300 milionów lat po Wielkim Wybuchu. A póki co Trenti będzie nadal korzystać z teleskopu Hubble do poszukiwania kolejnych raczkujących gromad w ramach badania BoRG.

Źródła:

Hubble Pinpoints Farthest Protocluster of Galaxies Ever Seen

NASA's Hubble Space Telescope has uncovered a cluster of galaxies in the initial stages of construction — the most distant such grouping ever observed in the early universe.

In a random sky survey made in near-infrared light, Hubble spied five tiny galaxies clustered together 13.1 billion light-years away. They are among the brightest galaxies at that epoch and very young, existing just 600 million years after the universe's birth in the big bang.

Galaxy clusters are the largest structures in the universe, comprising hundreds to thousands of galaxies bound together by gravity. The developing cluster, or protocluster, seen as it looked 13 billion years ago, presumably has grown into one of today's massive „galactic cities”, comparable to the nearby Virgo cluster of more than 2,000 galaxies.

„These galaxies formed during the earliest stages of galaxy assembly, when galaxies had just started to cluster together,” said Michele Trenti of the University of Colorado at Boulder and the Institute of Astronomy at the University of Cambridge in the United Kingdom. „The result confirms our theoretical understanding of the buildup of galaxy clusters. And, Hubble is just powerful enough to find the first examples of them at this distance.”

Trenti presented the results today at the American Astronomical Society meeting in Austin, Texas. The study will be published in an upcoming issue of The Astrophysical Journal.

Most galaxies in the universe reside in groups and clusters, and astronomers have probed many mature galactic cities in detail as far as 11 billion light-years away. But finding clusters in the early phases of construction has been challenging because they are rare, dim, and widely scattered across the sky.

„We need to look in many different areas because the odds of finding something this rare are very small,” said Trenti, who used Hubble's sharp-eyed Wide Field Camera 3 (WFC3) to pinpoint the cluster galaxies. „It's like playing a game of Battleship: the search is hit and miss. Typically, a region has nothing, but if we hit the right spot, we can find multiple galaxies.”

Because distant, fledgling clusters are so dim, the team hunted for the systems' brightest galaxies. These brilliant light bulbs act as billboards, advertising cluster construction zones. Galaxies at early epochs don't live alone. From simulations, the astronomers expect galaxies to be clustered together. Because brightness correlates with mass, the most luminous galaxies pinpoint the location of developing clusters. The galaxies live in deep wells of dark matter. An invisible form of matter, dark matter makes up the underlying gravitational scaffolding for galaxy construction. The team expects many fainter galaxies that were not seen in these observations to inhabit the same neighborhood.

The five bright galaxies spotted by Hubble are about one-half to one-tenth the size of our Milky Way, yet are comparable in brightness. The galaxies are bright and massive because they are being fed large amounts of gas through mergers with other galaxies. The team's simulations show that the galaxies will eventually merge and form the brightest central galaxy in the cluster, a giant elliptical similar to the Virgo Cluster's M87.

The observations demonstrate the progressive buildup of galaxies and provide further support for the hierarchical model of galaxy assembly, in which small objects accrete mass, or merge, to form bigger objects over a smooth and steady but dramatic process of collision and agglomeration.

Hubble looked in near-infrared light because ultraviolet and visible light from these extremely distant galaxies has been stretched into near-infrared wavelengths by the expansion of space during its long journey. The observations are part of the Brightest of Reionizing Galaxies (BoRG) survey, which uses Hubble's WFC3 to search for the brightest galaxies around 13 billion years ago, when light from the first stars burned off a fog of cold hydrogen in a process called reionization.

The team estimated the distance to the newly found galaxies based on their colors, but the astronomers plan to follow up with spectroscopic observations, which measure the expansion of space. These observations will help the astronomers precisely calculate the cluster's distance and also will yield the velocities of the galaxies, which will show whether they are gravitationally bound to each other.

Spectroscopic observations made last year on another faraway galaxy cluster confirmed its distance of 12.6 billion light-years from Earth. A group of astronomers, led by Peter L. Capak of NASA's Spitzer Science Center at the California Institute of Technology in Pasadena, discovered the cluster using a variety of telescopes, including Hubble.

Without spectroscopic observations, it's not clear whether the observed galaxies in Trenti's study are gravitationally bound yet. The average distance between them is likely comparable to that of the galaxies in the Local Group, consisting of two large spiral galaxies, the Milky Way and Andromeda, and a few dozen small dwarf galaxies.

These observations are pushing Hubble to the limit of its ability. This region, however, will be prime country for future telescopes such as NASA's James Webb Space Telescope (JWST), an infrared observatory scheduled to launch later this decade. Webb will see farther into the infrared, allowing it to hunt for even earlier stages of galaxy assembly within 300 million years of the big bang.

Trenti will continue using Hubble to fish for more fledgling clusters through the BoRG survey.

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *