Hubble Spies Faint Galaxies, Bountiful in Early Universe

HST spatřil v mladém vesmíru více než 100 malých, slabých galaxií, běžných jako prachové zajíčky, ale dříve mimo dosah i těch nejlepších dalekohledů.

Astronomové používající Hubbleův kosmický dalekohled spatřili nejmenší galaxie ve vzdáleném vesmíru. Výsledkem není jen nový zápis do Guinessovy knihy světových rekordů ; osvětluje také špatně chápanou epochu v rané historii našeho vesmíru.

Hubble si prohlíží cluster galaxií MACS 0416, který působí jako gravitační čočka pro zvětšení vzdálenějších galaxií na pozadí. Azurová označuje distribuci hmoty v kupě, většinou ve formě temné hmoty. Purpurová zdůrazňuje míru zvětšení galaxií v pozadí, která souvisí s distribucí hmoty.
Tým STScI / NASA / CATS / R. Livermore (UT Austin)

Podle Rachael Livermore (University of Texas, Austin) tyto galaxie emitují méně než stotinu jasnosti Mléčné dráhy; nejmírnější z nich je 2 000krát slabší než naše galaxie. "Jsou to předchůdci trpaslicových systémů, jako je blízká galaxie Fornax, " říká.

Livermore a její kolegové našli 167 slabých galaxií mezi červenými posuny 5, 3 a 8, 8, takže jejich světlo putovalo mezi 12, 6 a 13, 1 miliardami let na Zemi. Normálně by je ani Hubble nemohl spatřit: Hubble dokáže detekovat objekty až do 31. velikosti, ale kombinace vnitřní slabosti těchto objektů a jejich neuvěřitelné vzdálenosti je vyvede z Hubbleova dosahu. Byly detekovány pouze proto, že jejich jas zesílil gravitační čočka.

V posledních několika letech Hubble dlouhodobě zkoumal šest masivních klastrů galaxií v programu nazývaném Frontier Fields (viz vydání časopisu Sky & Telescope z ledna 2015). Astronomové hledají slabé galaxie v pozadí těchto shluků a využívají skutečnost, že gravitace klastru v popředí zvětšuje obrazy vzdálených galaxií. Čím silnější je zvětšení, tím slabší mohou galaxie Hubble detekovat.

Je tu však problém: Zvětšení způsobené gravitačním čočkem je nejsilnější ve středních oblastech shluku v popředí. Ale to je také místo, kde jsou galaxie klastru nejjasnější a přeplněné dohromady. Jakékoli zvětšené galaxie na pozadí jsou zaplaveny tímto světlem v popředí.

Spolu se svým kolegou Stevenem Finkelsteinem (také na University of Texas, Austin) a hlavním vyšetřovatelem Frontier Fields Jennifer Lotz (Space Telescope Science Institute) se Livermore nyní podařilo odfiltrovat světlo galaxií v popředí ve dvou clusterech Frontier Fields: Abell 2744, v souhvězdí sochař, také známý jako Pandora's Cluster, a MACS 0416.1-2403 v Eridanus.

Podobný pohled na klastr galaxií Abell 2744, kde azurová a purpurová opět zdůrazňují distribuci hmoty a zvětšení.
Tým STScI / NASA / CATS / R. Livermore (UT Austin)

"Použili jsme techniku ​​známou jako rozklad vln, " vysvětluje Livermore. "V podstatě analyzujete obraz na mnoha možných fyzických měřítcích, abyste izolovali největší struktury." Je to trochu srovnatelné se způsobem, jakým funguje komprese obrazu, nebo s technikou za sluchátky s potlačením šumu. “Rozklad Wavelet byl v astronomii používán již dříve, ale ne pro tento konkrétní účel, dodává.

Některé ze slabých galaxií v pozadí, které tato analýza odhalila, jsou zvětšeny faktorem 50 nebo 60. „Jsou až stokrát méně světelné než nejslabší galaxie pozorované v [neoslněném] Hubbleově ultra hlubokém poli, “ říká Livermore.

A je jich mnoho - Hubble konečně vidí nejběžnější galaxie z tohoto časového období. Díky kombinaci gravitačních čoček, Hubbleovy bezprecedentní citlivosti a vlnkové techniky týmu mají nyní astronomové lepší představu o tom, kolik světla tyto galaxie emitují jako populace.

Konkrétně, jak autoři pozorují v 1. únorovém astrofyzikálním deníku, existuje nyní silný důkaz, že tyto malé, slabé galaxie fungovaly jako důležitý zdroj světla v mladém vesmíru - i když méně masivní galaxie emitovaly méně světla, nahradily podle jejich čirých čísel.

To je dobrá zpráva pro kosmology, kteří se snaží porozumět takzvané epochě reionizace: Několik set milionů let po Velkém třesku se neutrální atomy vodíku v mezigalaktickém prostoru ionizovaly a díky energetickému ultrafialovému záření ztratily svůj jediný elektron. (Říká se tomu reionizace, protože vodík byl také v ionizovaném stavu hned po Velkém třesku, než se vesmír ochladil a ztmavl.) Podrobnosti o tomto procesu reionizace jsou však útržkovité.

Takto by mohl vypadat vesmír dítěte, když ultrafialové světlo z mladých galaxií začalo vytvářet ionizované „mýtiny“ v jinak temné vesmírné mlze plynného vodíku:

Kredit: ESO / L. Calçada

Vědci se v minulosti nedokázali shodnout na hlavním zdroji energetického záření. Světlo by mohlo pocházet z první generace hvězd v obrovské populaci malých, právě formovaných galaxií nebo vzácných, ale ultra-světelných kvasarů, poháněných supermasivními černými dírami, by mohlo dodat záření. Předchozí scénář se nyní jeví jako nejslibnější: podle Livermora a jeho kolegů je jejich slabá galaxie „v souladu s počtem slabých galaxií potřebných k reionizaci vesmíru“.


Chcete-li se dozvědět více o projektu Frontier Fields Hubble Space Telescope, přečtěte si vydání časopisu Sky & Telescope z ledna 2015.