Наблюдения «кольца Эйнштейна» на ALMA
[830x]В ходе программы наблюдений на телескопе ALMA в режиме длинной базы (ALMA Long Baseline Campaign) получено необыкновенно детальное изображение далекой гравитационно-линзированной галактики. На снимке видны принадлежащие галактике области звездообразования с такой детализацией, которая никогда прежде не достигалась для столь далеких объектов. По уровню подробности эти наблюдения оставили далеко позади те, которые были выполнены на Космическом телескопе Хаббла NASA/ESA. Выявленные в далекой галактике области звездообразования представляются гигантскими аналогами туманности Ориона, находящейся в нашем Млечном Пути.
В ходе программы Long Baseline Campaign (наблюдения на телескопе ALMA в режиме длинной базы) были получены уникальные наблюдательные результаты и беспрецедентно детальная информация об объектах как ближней, так и дальней Вселенной. В конце 2014 года в рамках этой программы были выполнены наблюдения далекой галактики SDP.81. Свет, идущей к нам от этой галактики, подвергся воздействию специфического эффекта, известного под названием гравитационного линзирования. Суть его заключается в том, что большая галактика, оказавшаяся на луче зрения между Землей и SDP.81 [1] действует на световое излучение далекой галактики как линза – захватывает его силой своего притяжения и создает из него картину, называемую «кольцом Эйнштейна» (Einstein Ring [2]).
Данные, полученные на телескопе ALMA при наблюдениях SDP.81, независимо проанализировали по крайней мере шесть различных групп ученых [3]. Результатом этого потока научных работ стало выявление беспрецедентно подробной информации о наблюдавшейся галактике – ее структуре, населении, движении и других физических характеристиках.
В данной технике наблюдений телескоп ALMA используется как интерферометр. Попросту говоря, многочисленные индивидуальные антенны телескопа работают идеально синхронно и собирают излучение как единый виртуальный телескоп колоссальных размеров [4]. В результате на новых снимках SDP.81 удалось добиться разрешения в 6 раз выше [5], чем то, которое было достигнуто в инфракрасной области на Космическом телескопе Хаббла (NASA/ESA Hubble Space Telescope).
В результате применения изощренных методов астрономического моделирования в SDP.81 была выявлена никогда прежде не виденная тонкая структура – пылевые облака, которые по-видимому являются гигантскими хранилищами холодного молекулярного газа, строительного материала для звезд и планет. Моделирование понадобилось для того, чтобы исправить искажающие дефекты, вносимые увеличивающей гравитационной линзой.
Окончательная четкость изображений, полученных на ALMA, оказалась столь высокой, что стало возможным различить в галактике области звездообразования размером до 100 световых лет. Эти области выглядят гигантскими крупномасштабными аналогами известной в нашей Галактике туманности Ориона – в них образуется в тысячи раз больше звезд. Впервые звездообразование наблюдается на столь огромном расстоянии – на другом краю Вселенной.
“Полученное на ALMA реконструированное изображение далекой галактики ошеломляет”, -- говорит Роб Айвисон (Rob Ivison), научный директор ESO и соавтор двух статей, написанных на этом материале. “Гигантская светособирающая площадь телескопа ALMA, большое расстояние между его антеннами и стабильная атмосфера над пустыней Атакама – все эти факторы и позволяют в конечном счете получить столь невероятную детализацию изображений и спектров. Чувствительность наших наблюдений очень высока: мы может даже анализировать относительные движения отдельных частей наблюдаемой галактики. В галактиках, находящиеся на другом краю Вселенной, мы можем изучать процессы их слияния, мы видим, как там рождается огромное число звезд!”
Изучая данные спектров, регистрируемых телескопом ALMA, астрономы также измеряют вращение далекой галактики и могут оценить ее массу. Эти данные показывают, что газовые скопления в галактике нестабильны; газовые облака сжимаются и в будущем, вероятно, превратятся в новые обширные области звездообразования.
Интересно, что моделирование эффекта линзирования показывает присутствие сверхмассивной черной дыры в центре более близкой линзирующей галактики [6]. Центральная часть галактики слишком слабая, чтобы ее можно было зарегистрировать, и из этого выводится заключение, что галактика-линза содержит черную дыру с массой более 200–300 миллионов Солнц.
Количество работ, опубликованных на основе только этих данных ALMA, демонстрирует степень востребованности обеспечиваемых телескопом высокого разрешения и светособирающей мощи. Можно только предполагать, сколько еще новых открытий обещает астрономам использование телескопа ALMA в ближайшие годы.
Примечания
[1] Далекая линзированная галактика видна нам такой, какой она была, когда возраст Вселенной составлял всего 15 процентов от нынешнего – всего через 2.4 миллиарда лет после Большого Взрыва. Чтобы долететь до нас, свету от нее потребовалось время, более чем вдвое превышающее возраст Земли (11.4 миллиарда лет) По дороге этот свет прошел мимо массивной галактики поля, расположенной к нам относительно близко – до нее всего четыре миллиарда световых лет.
[2] Гравитационные линзы предсказал Альберт Эйнштейн в рамках созданной им общей теории относительности. Согласно этой теории, материальные объекты изгибают пространство и время. Если через эту искривленную область пространства-времени проходит свет, его лучи тоже искривляются. Поэтому исключительно массивные объекты — крупные галактики и скопления галактик — действуют как огромные увеличительные стекла. Специальный случай такой космической линзы, в котором Земля, линзирующая галактика поля и далекая линзируемая галактика находятся в точности на одной прямой, называется «кольцом Эйнштейна». При этом гравитационная линза собирает идущий через нее свет в правильное кольцо. Мы проиллюстрировали это явление в видео A.
[3] Составы исследовательских групп приведены ниже.
[4] Способность телескопа ALMA регистрировать мельчайшие детали изображений достигается, когда антенны телескопа разнесены на наибольшее возможное расстояние – до 15 километров друг от друга. Для сравнения: более ранние изображения гравитационных линз, полученные на ALMA в более компактной конфигурации (при разнесении всего на 500 метров), приведены здесь.
[5] По полученным данным можно измерить детали размером до 0.023 секунды дуги (23 угловых миллисекунд). На телескопе Хаббла эта галактика исследовалась в ближней инфракрасной области с разрешением около 0.16 секунд дуги. Заметим, однако, что при наблюдениях на более коротких волнах телескоп Хаббла способен достигать более высокого разрешения: до 0.022 секунд в ближней ультрафиолетовой области. Разрешение ALMA можно регулировать в соответствии с тем или иным типом наблюдений, сдвигая и раздвигая антенны. Для наблюдений, описанных здесь, потребовалось максимальное разрешение, для чего пришлось разнести антенны на максимально возможное расстояние.
[6] Высокое разрешение, достигаемое с телескопом ALMA, позволяет исследователям искать изображение центральной части галактики поля (гравитационной линзы) в центре кольца Эйнштейна. Но если галактика-линза содержит в своем центре сверхмассивную черную дыру, изображение ее центра выглядит слабее. Таким образом, слабость центральной части изображения галактики-линзы служит мерилом массы черной дыры в этой галактике.
Ссылки
- Тексты научных статей:
Перевод пресс-релиза ESO eso1522 http://www.eso.org/public/russia/news/eso1522/