Teleskop VLT dostrzega ciemne galaktyki wczesnego Wszechświata

Teleskop VLT dostrzega ciemne galaktyki wczesnego WszechświataOriginal Press Release
Ciemne galaktyki to małe, bogate w gaz obiekty wczesnego Wszechświata, które nie radzą sobie z formowaniem gwiazd.

Nasze podejście do problemu wykrycia ciemnych galaktyk był prosty –  należało je oświetlić jasnym światłem. Szukaliśmy fluorescencyjnego świecenia gazu w ciemnych galaktykach, wzbudzonego promieniowanie ultrafioletowym leżącego niedaleko, bardzo jasnego kwazara. Światło kwazara powoduje świecenie ciemnych galaktyk dzięki procesowi podobnemu do tego, który powoduje świecenie białych ubrań oświetlonych lampami ultrafioletowymi w nocnym klubie

Simon Lilly
ETH Zurich, Szwajcaria

Ponieważ w zasadzie w galaktykach tych nie ma gwiazd, emitują niewiele światła, co czyni je bardzo trudnymi do wykrycia. Od lat astronomowie poszukiwali technik obserwacji, które umożliwiłyby potwierdzenie istnienie ciemnych galaktyk. Małe ślady absorpcji w widmach odległych źródeł wskazywały na ich obecność. Jednak dopiero nowe badania po raz pierwszy umożliwiły bezpośrednie dostrzeżenie ciemnych galaktyk.

Zespół wykorzystał wielką aperturę i czułość teleskopu VLT, oraz serię bardzo długich ekspozycji, aby zarejestrować ekstremalnie słabą poświatę fluorescencyjną ciemnych galaktyk. Wykorzystali instrument FORS2, aby wykonać mapę obszaru nieba wokół jasnego kwazara HE 0109-3518, poszukując ultrafioletowego światła emitowanego przez gaz wodorowy pod wpływem intensywnego promieniowania. Ze względu na ekspansję Wszechświata światło tło gdy dociera do VLT jest w rzeczywistości obserwowane jako odcień fioletu.

„Po kilku latach prób wykrycia emisji fluorescencyjnej ciemnych galaktyk nasze wyniki pokazują możliwości tej metody do odkrywania i badania tych fascynujących i dotychczas niewidzialnych obiektów „- mówi Sebastiano Cantalupo z Uniwersytetu Kalifornia w Santa Cruz, główny autor badań.

Zespół wykrył blisko 100 gazowych obiektów, które są położone w odległości kilku milionów lat świetlnych od kwazara. W wyniku starannej analizy, przeprowadzonej w celu wykluczenia obiektów, w których emisja może być efektem wewnętrznych procesów produkcji gwiazd w galaktykach, a nie światłem pochodzącym od kwazara, naukowcy ostatecznie zawęzili listę do 12 obiektów. Są to obecnie najbardziej przekonująco zidentyfikowane jako ciemne galaktyki obiekty wczesnego Wszechświata.

Astronomowie byli także w stanie ustalić niektóre własności ciemnych galaktyk. Oszacowali masę gazu w nich zawartego na około miliard mas Słońca, co odpowiada bogatym w gaz, mało masywnym galaktykom wczesnego Wszechświata. Udało się także oszacować efektywność procesów produkcji gwiazd, które okazały się być ponad 100 razy wolniejsze niż w typowych galaktyk, formujących gwiazdy na tym etapie kosmicznej historii.

„Nasze obserwacje wykonane za pomocą VLT dostarczyły dowodów istnienia zwartych i odizolowanych ciemnych obłoków. Dzięki tym badaniom wykonaliśmy krytyczny krok w kierunku ujawnienia i zrozumienia słabo poznanych wczesnych etapów formowania się galaktyk i tego, w jaki sposób galaktyki zyskały gaz”- mówi Sebastiano Cantalupo.

Spektrograf MUSE, który zostanie uruchomiony na VLT w 2013 roku stanie się będzie bardzo potężnym narzędziem do badania tych obiektów.

Źródła:

Dark Galaxies of the Early Universe Spotted for the First Time

For the first time, dark galaxies — an early phase of galaxy formation, predicted by theory but unobserved until now — may have been spotted. These objects are essentially gas-rich galaxies without stars. Using ESO’s Very Large Telescope, an international team thinks they have detected these elusive objects by observing them glowing as they are illuminated by a quasar.

Dark galaxies are small, gas-rich galaxies in the early Universe that are very inefficient at forming stars. They are predicted by theories of galaxy formation and are thought to be the building blocks of today’s bright, star-filled galaxies. Astronomers think that they may have fed large galaxies with much of the gas that later formed into the stars that exist today.

Because they are essentially devoid of stars, these dark galaxies don’t emit much light, making them very hard to detect.  For years astronomers have been trying to develop new techniques that could confirm the existence of these galaxies. Small absorption dips in the spectra of background sources of light have hinted at their existence. However, this new study marks the first time that such objects have been seen directly.

“Our approach to the problem of detecting a dark galaxy was simply to shine a bright light on it.” explains Simon Lilly (ETH Zurich, Switzerland), co-author of the paper. “We searched for the fluorescent glow of the gas in dark galaxies when they are illuminated by the ultraviolet light from a nearby and very bright quasar. The light from the quasar makes the dark galaxies light up in a process similar to how white clothes are illuminated by ultraviolet lamps in a night club.” [1]

The team took advantage of the large collecting area and sensitivity of the Very Large Telescope (VLT), and a series of very long exposures, to detect the extremely faint fluorescent glow of the dark galaxies. They used the FORS2 instrument to map a region of the sky around the bright quasar [2] HE 0109-3518, looking for the ultraviolet light that is emitted by hydrogen gas when it is subjected to intense radiation. Because of the expansion of the Universe, this light is actually observed as a shade of violet by the time it reaches the VLT. [3]

“After several years of attempts to detect fluorescent emission from dark galaxies, our results demonstrate the potential of our method to discover and study these fascinating and previously invisible objects,” says Sebastiano Cantalupo (University of California, Santa Cruz), lead author of the study.

The team detected almost 100 gaseous objects which lie within a few million light-years of the quasar. After a careful analysis designed to exclude objects where the emission might be powered by internal star-formation in the galaxies, rather than the light from the quasar, they finally narrowed down their search to 12 objects. These are the most convincing identifications of dark galaxies in the early Universe to date.

The astronomers were also able to determine some of the properties of the dark galaxies. They estimate that the mass of the gas in them is about 1 billion times that of the Sun, typical for gas-rich, low-mass galaxies in the early Universe. They were also able to estimate that the star formation efficiency is suppressed by a factor of more than 100 relative to typical star-forming galaxies found at similar stage in cosmic history. [4]

“Our observations with the VLT have provided evidence for the existence of compact and isolated dark clouds. With this study, we’ve made a crucial step towards revealing and understanding the obscure early stages of galaxy formation and how galaxies acquired their gas”, concludes Sebastiano Cantalupo.

The MUSE integral field spectrograph, which will be commissioned on the VLT in 2013, will be an extremely powerful tool for the study of these objects.

Written by admin

Dodaj komentarz

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