มุมมองใหม่ของกาแลคซีที่ปะทะกัน

เป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์สามารถรวมภาพแสงที่ลึกที่สุดของจักรวาลที่ได้รับจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลด้วยภาพที่คมชัดเท่า ๆ กันในส่วนที่อยู่ใกล้อินฟราเรดของสเปกตรัมโดยใช้ระบบดาวนำทางด้วยเลเซอร์แบบใหม่ที่ทันสมัย ที่หอสังเกตการณ์ WM Keck ในฮาวาย การสำรวจใหม่ที่นำเสนอในการประชุม American Astronomical Society (AAS) ในซานดิเอโกในสัปดาห์นี้เปิดเผยรายละเอียดที่ไม่เคยปรากฏมาก่อนของการชนกาแลคซีที่มีหลุมดำขนาดใหญ่ที่แกนกลางของพวกมันซึ่งมองเห็นในระยะทางประมาณ 5 พันล้านปีแสง เพียงครึ่งหนึ่งของอายุปัจจุบัน

การสำรวจกาแลคซีที่อยู่ห่างไกลในช่วงอินฟราเรดจะเผยให้เห็นว่าดาวฤกษ์อายุมากกว่าดาวฤกษ์สามารถมองเห็นได้ในช่วงความยาวคลื่นแสงและแสงอินฟราเรดก็แทรกซึมเข้าไปในกลุ่มเมฆฝุ่นระหว่างดวงดาวได้ง่ายกว่าแสงแสง ภาพอินฟราเรดใหม่ของกาแลคซีระยะไกลนั้นได้รับโดยทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียซานตาครูซ UCLA และหอสังเกตการณ์ดับบลิวเคก Jason Melbourne นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาของ UC Santa Cruz และผู้เขียนนำการศึกษากล่าวว่าการค้นพบครั้งแรกรวมถึงความประหลาดใจและนักวิจัยจะทำการวิเคราะห์ข้อมูลต่อไปในอีกไม่กี่สัปดาห์ข้างหน้า

“ เราไม่เคยสามารถบรรลุความละเอียดเชิงพื้นที่ในระดับอินฟราเรดได้ก่อนหน้านี้” เมลเบิร์นกล่าว

นอกจากเมลเบิร์นแล้วทีมวิจัยนำโดย David Koo จาก UCSC และ James Larkin จาก UCLA ได้แก่ Jennifer Lotz, Claire Max และ Jerry Nelson ที่ UCSC Shelley Wright และ Matthew Barczys ที่ UCLA; และ Antonin H. Bouchez, Jason Chin, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Paul J. Stomski, Douglas Summers, Marcos A. van Dam และ Peter L. Wizinowich ที่หอสังเกตการณ์ Keck

“ เป็นครั้งแรกในภาพลึกของเอกภพเราสามารถครอบคลุมความยาวคลื่นของแสงทั้งหมดตั้งแต่ออปติคัลจนถึงอินฟราเรดด้วยระดับความละเอียดเชิงพื้นที่เท่ากัน สิ่งนี้ช่วยให้เราสามารถสังเกตโครงสร้างย่อยอย่างละเอียดในกาแลคซีไกลโพ้นและศึกษาดาวที่เป็นองค์ประกอบด้วยความแม่นยำที่เราไม่สามารถหาได้เป็นอย่างอื่น” คูคูศาสตราจารย์ดาราศาสตร์และดาราศาสตร์ดาราศาสตร์ที่ UCSC กล่าว

ภาพที่ได้รับจากทีมงาน Wright และ Keck AO ในระหว่างการทดสอบระบบปรับแสงเลเซอร์แบบดาวนำทางบนกล้องโทรทรรศน์ Keck II ขนาด 10 เมตร ภาพเหล่านี้เป็นภาพแรกของกาแลคซีที่มีคุณภาพทางวิทยาศาสตร์ที่ได้จากระบบใหม่ นี่เป็นขั้นตอนที่สำคัญสำหรับศูนย์สำรวจสมบัติเลนส์ปรับตัว (CATS) ซึ่งจะใช้เลนส์ปรับตัวเพื่อสังเกตตัวอย่างของกาแลคซีที่อยู่ห่างไกลในเอกภพในยุคแรก ๆ กล่าวว่า Larkin ของ UCLA กล่าว

"เราทำงานอย่างหนักเป็นเวลาหลายปีในการเก็บข้อมูลรอบดาวฤกษ์ที่สว่าง แต่เราถูก จำกัด อย่างมากในแง่ของจำนวนและประเภทของวัตถุที่เราสามารถสังเกตได้ ด้วยเลเซอร์เท่านั้นที่เราสามารถไปถึงเป้าหมายที่ร่ำรวยที่สุดและน่าตื่นเต้นที่สุด” เฟร็ดดี้กล่าว

Adaptive optics (AO) แก้ไขสำหรับเอฟเฟกต์เบลอของบรรยากาศซึ่งทำให้ภาพดูไม่ชัดโดยกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน ระบบ AO ทำการวัดการเบลอนี้อย่างแม่นยำและแก้ไขภาพโดยใช้กระจกที่ปรับขนาดได้โดยใช้การแก้ไขหลายร้อยครั้งต่อวินาที ในการวัดการเบลอของภาพ AO ต้องใช้แหล่งกำเนิดแสงจุดสว่างในมุมมองของกล้องโทรทรรศน์ซึ่งสามารถสร้างขึ้นได้ด้วยการใช้เลเซอร์เพื่อกระตุ้นอะตอมของโซเดียมในชั้นบรรยากาศทำให้เกิดการเรืองแสง นักดาราศาสตร์จะต้องพึ่งพาดาวที่สว่าง (“ ดาวนำทางตามธรรมชาติ”) ซึ่งไม่มีข้อ จำกัด ดังกล่าวซึ่ง จำกัด การใช้งาน AO อย่างมากในท้องฟ้า นอกจากนี้ดวงดาวที่นำทางตามธรรมชาตินั้นสว่างเกินไปที่จะตรวจสอบกาแลคซีที่อยู่ห่างไกลมาก ๆ ในบริเวณเดียวกันของท้องฟ้า Koo กล่าว

“ การปรากฎตัวของดาวนำทางด้วยเลเซอร์ที่ Keck ได้เปิดขึ้นบนท้องฟ้าเพื่อการสังเกตการณ์แบบปรับตัวและตอนนี้เราสามารถใช้ Keck เพื่อมุ่งเน้นไปที่ทุ่งเหล่านั้นที่เรามีภาพออปติคอลลึกที่น่าอัศจรรย์จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล” Koo กล่าว

เนื่องจากเส้นผ่านศูนย์กลางของกระจกเงากล้องโทรทรรศน์ Keck นั้นใหญ่กว่าฮับเบิลถึงสี่เท่าจึงสามารถรับภาพที่คมชัดกว่าฮับเบิลสี่เท่าในช่วงใกล้อินฟราเรดในขณะนี้ซึ่งระบบออพติกแบบปรับตัวของดาวนำทางด้วยเลเซอร์พร้อมที่จะเอาชนะเอฟเฟ็กต์พร่ามัวของบรรยากาศ

ภาพที่นำเสนอในการประชุม AAS นั้นได้รับในพื้นที่ของท้องฟ้าที่รู้จักกันในชื่อสนาม GOODS-South ซึ่งมีการสำรวจเชิงลึกโดยฮับเบิลหอสังเกตการณ์เอ็กซ์เรย์จันทราและกล้องโทรทรรศน์อื่น ๆ มีกาแลคซีจาง ๆ หกแห่งในภาพรวมถึงแหล่งรังสีเอกซ์สองแหล่งที่ระบุโดยจันทรา การปล่อยรังสีเอกซ์รวมกับสัณฐานวิทยาที่ไม่เป็นระเบียบของวัตถุเหล่านี้แนะนำกิจกรรมการควบรวมกิจการเมื่อเร็ว ๆ นี้เมลเบิร์นกล่าว การรวมกันสามารถทำให้สสารจำนวนมากเข้าสู่ใจกลางกาแลคซีและการปล่อยรังสีเอกซ์จากใจกลางกาแล็กซี่บ่งชี้ว่ามีหลุมดำขนาดใหญ่ที่กำลังเผาผลาญสสาร

“ ตอนนี้เราค่อนข้างมั่นใจแล้วว่าเราเห็นกาแลคซีที่ผ่านการควบรวมเมื่อเร็ว ๆ นี้” เมลเบิร์นกล่าว “ หนึ่งในระบบเหล่านี้มีนิวเคลียสคู่ดังนั้นคุณสามารถเห็นนิวเคลียสทั้งสองของกาแลคซีที่ทำการรวมกันได้ ระบบอื่นไม่เป็นระเบียบ - ดูเหมือนว่าซากรถไฟ - และเป็นแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ที่แข็งแกร่งกว่ามาก "

นอกเหนือจากการส่องสว่างนิวเคลียสกาแล็กซี่ด้วยการปล่อยรังสีเอกซ์แล้วการควบรวมยังมีแนวโน้มที่จะก่อให้เกิดการก่อตัวดาวฤกษ์ใหม่ด้วยการทำให้ตกใจและบีบอัดเมฆก๊าซ ดังนั้นนักวิจัยจึงประหลาดใจที่พบว่าระบบที่มีนิวเคลียสสองดวงนั้นถูกครอบงำโดยดาวฤกษ์ค่อนข้างเก่าและดูเหมือนจะไม่ก่อให้เกิดดาวอายุน้อยจำนวนมาก

“ ถ้าเรามีความถูกต้องเกี่ยวกับสถานการณ์การควบรวมกิจการการควบรวมกิจการครั้งนี้จะเกิดขึ้นระหว่างกาแลคซีสองแห่งที่ก่อตัวดาวฤกษ์เกือบพันล้านปีมาแล้วและไม่มีก๊าซเหลืออยู่มากพอที่จะสร้างดาวดวงใหม่” เมลเบิร์นกล่าว

หากการศึกษาเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่าวัตถุดังกล่าวเป็นเรื่องธรรมดาย้อนเวลากลับไปการสังเกตการณ์เหล่านี้อาจช่วยอธิบายหนึ่งในปริศนาของการก่อตัวกาแลคซี ตามทฤษฎีที่เกิดขึ้นของการก่อตัวกาแลคซีแบบลำดับชั้นกาแลคซีขนาดใหญ่ถูกสร้างขึ้นมากกว่าพันล้านปีผ่านการควบรวมระหว่างกาแลคซีขนาดเล็ก เนื่องจากการควบรวมกันก่อให้เกิดการก่อตัวดาวฤกษ์มันเป็นเรื่องยากที่จะอธิบายการมีอยู่ของกาแลคซีขนาดใหญ่มากซึ่งไม่มีประชากรดาวอายุน้อยจำนวนมาก

“ แนวคิดหนึ่งคือคุณสามารถมีการควบรวมกิจการแบบแห้งที่ซึ่งกาแลคซีสองแห่งเต็มไปด้วยดวงดาวเก่า แต่มีการรวมแก๊สเพียงเล็กน้อยโดยไม่ก่อตัวดาวฤกษ์ใหม่จำนวนมาก สิ่งที่เราเห็นในวัตถุนี้สอดคล้องกับการควบรวมกิจการแบบแห้ง” เมลเบิร์นกล่าว “ แม้ในการควบรวมกิจการแบบแห้งอาจมีก๊าซเพียงพอที่จะป้อนหลุมดำก่อให้เกิดการปล่อยรังสีเอกซ์ แต่ไม่เพียงพอที่จะก่อให้เกิดการก่อตัวของดาวฤกษ์อย่างรุนแรง”

การสำรวจเพิ่มเติมที่ความยาวคลื่นกลางถึงอินฟราเรดไกลคาดว่าปลายปีนี้จากกล้องโทรทรรศน์อวกาศสปิตเซอร์อาจช่วยยืนยันเรื่องนี้ได้ ข้อมูลสปิตเซอร์จะช่วยบ่งชี้ปริมาณฝุ่นของกาแลคซีได้ดีขึ้นซึ่งเป็นตัวแปรสำคัญในการตีความการสังเกตการณ์เหล่านี้เมลเบิร์นกล่าว

ระบบเลนส์ปรับแสงดาวนำทางด้วยเลเซอร์ได้รับทุนจากมูลนิธิ W. Keck ระบบดาวนำทางด้วยแสงเลเซอร์เทียมได้รับการพัฒนาและบูรณาการร่วมกันระหว่างห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอเรนซ์ลิเวอร์มอร์และดับบลิวเลเซอร์ถูกรวมเข้ากับ Keck ด้วยความช่วยเหลือของ Dee Pennington, Curtis Brown และ Pam Danforth กล้องใกล้อินฟราเรด NIRC2 ได้รับการพัฒนาโดยสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนีย, UCLA และหอสังเกตการณ์ Keck หอสังเกตการณ์ Keck ดำเนินการในฐานะหุ้นส่วนทางวิทยาศาสตร์ระหว่าง CalTech, University of California และ National Aeronautics and Space Administration

งานนี้ได้รับการสนับสนุนจากศูนย์ Adaptive Optics ศูนย์วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติมูลนิธิวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีจัดการโดย UC Santa Cruz

แหล่งต้นฉบับ: Keck News Release