ALMA odszukuje wczesne galaktyki gwiazdotwórcze

ALMA odszukuje wczesne galaktyki gwiazdotwórczeOriginal Press Release
ESO-11Zespół astronomów wykorzystał nowy teleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) do dokładnego ustalenia położenia ponad 100 najwydajniej produkujących gwiazdy galaktyk we wczesnym Wszechświecie.

Astronomowie ponad dziesięć lat czekali na takie dane. ALMA jest tak potężnym teleskopem, że – mimo iż w trakcie prowadzenia naszych obserwacji nie był w pełni ukończony, już  rewolucjonizuje sposób, w jaki możemy obserwować ten rodzaj galaktyk

Jacqueline Hodge
Max-Planck-Institut für Astronomie

Najbardziej efektywne procesy produkcji gwiazd we wczesnym Wszechświecie zachodziły w odległych galaktykach zawierających dużo pyłu. Galaktyki takie mają kluczowe znaczenie dla  zrozumienia procesów powstawania i ewolucji galaktyk, jednak obserwacje w świetle widzialnym utradnia przesłaniający je. Aby zbadać te obiekty astronomie muszą korzystać z teleskopów, które obserwują na falach dłuższych, o długości około jednego milimetra, takich jak ALMA.

Najlepsza jak dotąd mapa tych odległych, pełnych pyłu galaktyk, została wykonana za pomocą użytkowanego przez ESO teleskopu APEX (Atacama Pathfinder Experiment, prekursora ALMA), który zbadał obszar na niebie o rozmiarze mniej więcej tarczy Księżyca w pełni i na tym obszarze odnalazł 126 takich galaktyk. Ale na obrazach z APEX każdy obszar gwiazdotwórczy wygląda jak rozmyta plamka, która może być tak szeroka, że rozciąga się na więcej niż jedną galaktykę widoczną na zdjęciach wykonanych w innych zakresach długości fali. Nie wiedząc dokładnie, która z galaktyk przechodzi procesy gwiazdotwórczy astronomowie napotykali na utrudnienia w badaniach powstawania gwiazd we wczesnym Wszechświecie.

Wskazanie właściwych galaktyk wymaga ostrzejszych obrazów, a do tego potrzeba większego teleskopu. APEX ma pojedynczą czaszę o średnicy 12 metrów, natomiast teleskopy takie jak ALMA używają wielu podobnych anten rozmieszczonych na dużym obszarze. Sygnały ze wszystkich anten są łączone, a w efekcie uzyskujemy obserwacje takie, jak dałby teleskop o gigantycznym średnicy, odpowiadającej rozstawowi anten w sieci.

Zespół wykorzystał ALMA do dokonania obserwacji galaktyk z mapy APEX, podczas pierwszej fazy obserwacji naukowych, gdy teleskop ciągle wciąż jeszcze był w budowie. Używano mniej niż jednej czwartej docelowej liczby 66 anten, rozmieszczonych na odległościach do 125 metrów. Teleskop ALMA potrzebował zaledwie dwóch minut na wykonanie obserwacji pojedynczej galaktyki, by powiązać ją z niewielkich obszarem, 200 razy mniejszych niż plamki na obrazach z teleskopu APEX. Dodatkowo czułość obserwacji była trzykrotnie wyższa. ALMA jest znacznie czulszym teleskopem niż inne instrumenty tego rodzaju. W ciągu zaledwie kilku godzin podwoił całkowitą liczbę obserwacji tego rodzaju galaktyk.

Zespół był w stanie nie tylko jednoznacznie zidentyfikować ,które galaktyki posiadają obszary aktywnej produkcji gwiazd, ale w połowie przypadków okazało się, że po kilka aktywnie produkujących gwiazdy galaktyk zlało się w jedna plamkę we wcześniejszych obserwacjach. Ostre zdjęcia wykonane przez ALMA pozwoliły rozróżnić obiekty jako osobne galaktyki.

„Wcześniej myśleliśmy, że najjaśniejsze z tych galaktyk tworzą gwiazdy tysiące razy gwałtowniej niż nasza własna galaktyka, Droga Mleczna. Obrazy z ALMA ukazały wiele mniejszych galaktyk o bardziej realnych tempach procesów” – mówi Alexander Karim z Uniwersytetu Durham w Wielkiej Brytanii.

Wyniki z pierwszego statystycznie wiarygodnego katalogu galaktyk gwiazdotwórczych we wczesnym Wszechświecie stanowią solidną podstawę do dalszych badań własności tych obiektów na innych długościach fal bez ryzyka błędnej interpretacji z powodu nakładania się galaktyk na siebie na zdjęciach.

Pomimo ostrych obrazów i niedoścignionej czułości ALMA teleskopy takie jak APEX ciągle mają rolę do odegrania. „APEX może pokryć większy obszar nieba szybciej niż ALMA, jest więc idealnym teleskopem do odkrywania nowych galaktyk. Gdy już wiemy gdzie patrzeć, możemy użyć ALMA do prowadzenia dokładnych badań” – mówi Ian Smail z Uniwersytetu Durham w Wielkiej Brytanii

Źródła:

ALMA Pinpoints Early Galaxies at Record Speed

ESO-11A team of astronomers has used the new ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) telescope to pinpoint the locations of over 100 of the most fertile star-forming galaxies in the early Universe. ALMA is so powerful that, in just a few hours, it captured as many observations of these galaxies as have been made by all similar telescopes worldwide over a span of more than a decade.

The most fertile bursts of star birth in the early Universe took place in distant galaxies containing lots of cosmic dust. These galaxies are of key importance to our understanding of galaxy formation and evolution over the history of the Universe, but the dust obscures them and makes them difficult to identify with visible-light telescopes. To pick them out, astronomers must use telescopes that observe light at longer wavelengths, around one millimetre, such as ALMA.

„Astronomers have waited for data like this for over a decade. ALMA is so powerful that it has revolutionised the way that we can observe these galaxies, even though the telescope was not fully completed at the time of the observations,” said Jacqueline Hodge (Max-Planck-Institut für Astronomie, Germany), lead author of the paper presenting the ALMA observations.

The best map so far of these distant dusty galaxies was made using the ESO-operated Atacama Pathfinder Experiment telescope (APEX). It surveyed a patch of the sky about the size of the full Moon [1], and detected 126 such galaxies. But, in the APEX images, each burst of star formation appeared as a relatively fuzzy blob, which may be so broad that it covered more than one galaxy in sharper images made at other wavelengths. Without knowing exactly which of the galaxies are forming the stars, astronomers were hampered in their study of star formation in the early Universe.

Pinpointing the correct galaxies requires sharper observations, and sharper observations require a bigger telescope. While APEX has a single 12-metre-diameter dish-shaped antenna, telescopes such as ALMA use multiple APEX-like dishes spread over wide distances. The signals from all the antennas are combined, and the effect is like that of a single, giant telescope as wide as the whole array of antennas.

The team used ALMA to observe the galaxies from the APEX map during ALMA’s first phase of scientific observations, with the telescope still under construction. Using less than a quarter of the final complement of 66 antennas, spread over distances of up to 125 metres, ALMA needed just two minutes per galaxy to pinpoint each one within a tiny region 200 times smaller than the broad APEX blobs, and with three times the sensitivity. ALMA is so much more sensitive than other telescopes of its kind that, in just a few hours, it doubled the total number of such observations ever made.

Not only could the team unambiguously identify which galaxies had regions of active star formation, but in up to half the cases they found that multiple star-forming galaxies had been blended into a single blob in the previous observations. ALMA’s sharp vision enabled them to distinguish the separate galaxies.

„We previously thought the brightest of these galaxies were forming stars a thousand times more vigorously than our own galaxy, the Milky Way, putting them at risk of blowing themselves apart. The ALMA images revealed multiple, smaller galaxies forming stars at somewhat more reasonable rates,” said Alexander Karim (Durham University, United Kingdom), a member of the team and lead author of a companion paper on this work.

The results form the first statistically reliable catalogue of dusty star-forming galaxies in the early Universe, and provide a vital foundation for further investigations of these galaxies’ properties at different wavelengths, without risk of misinterpretation due to the galaxies appearing blended together.

Despite ALMA’s sharp vision and unrivalled sensitivity, telescopes such as APEX still have a role to play. „APEX can cover a wide area of the sky faster than ALMA, and so it’s ideal for discovering these galaxies. Once we know where to look, we can use ALMA to locate them exactly,” concluded Ian Smail (Durham University, United Kingdom), co-author of the new paper.

Written by admin

Dodaj komentarz

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