Ogromna gromada galaktyk jako szkło powiększające w promieniach X

Nowa technika soczewek wykrywa maleńką galaktykę karłowatą w pierwszych, wysokoenergetycznych stadiach formowania gwiazd.

Astronomowie wykorzystali ogromną gromadę galaktyk jako szkło powiększające do prześwietlenia promieniami X, aby spojrzeć wstecz w czasie, prawie 9,4 mld lat temu. W trakcie tego procesu zauważyli maleńką galaktykę karłowatą w jej pierwszych, wysokoenergetycznych stadiach formowania gwiazd.

Podczas gdy gromady galaktyk były używane do powiększania obiektów na optycznych długościach fal, naukowcy po raz pierwszy wykorzystali te masywne grawitacyjne olbrzymy do przybliżenia ekstremalnych, odległych zjawisk emitujących promieniowanie X.

To, co wykryli wydaje się być niebieską plamką nowonarodzonej galaktyki, rozmiarów mniej więcej 0,0001 wielkości Drogi Mlecznej, w trakcie tworzenia jej pierwszych gwiazd – supermasywnych, kosmicznie krótkotrwałych obiektów emitujących promieniowanie rentgenowskie o wysokiej energii, które naukowcy wykryli w postaci jasnoniebieskiego łuku.

„Ta mała niebieska plama, oznaczająca, że jest to bardzo mała galaktyka zawierająca wiele bardzo gorących, bardzo masywnych młodych gwiazd, które powstały niedawno. Galaktyka ta jest podobna do pierwszych galaktyk, które powstały we Wszechświecie…. takich, jakich nikt wcześniej nie widział na zdjęciach rentgenowskich w odległym Wszechświecie” – mówi Matthew Bayliss, naukowiec z Mav’s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research.

Bayliss twierdzi, że wykrycie tej pojedynczej, odległej galaktyki jest dowodem na to, że naukowcy mogą wykorzystać gromady galaktyk jako naturalne rentgenowskie szkła powiększające, aby wykrywać ekstremalne, wysokoenergetyczne zjawiska we wczesnej historii Wszechświata.

„Dzięki tej technice w przyszłości moglibyśmy powiększać odległą galaktykę i datować jej różne części – powiedzmy, ta część ma gwiazdy, które powstały 200 mln lat temu, w porównaniu z inną częścią, która powstała 50 mln lat temu i rozdzielać je w sposób, którego nie można zrobić inaczej” – mówi Bayliss.

Gromady galaktyk to najbardziej masywne obiekty we Wszechświecie, złożone z tysięcy galaktyk, wszystkie połączone grawitacyjnie jedną, ogromną, potężną siłą. Gromady galaktyk są tak masywne, a ich przyciąganie grawitacyjne tak silne, że mogą one zniekształcać czasoprzestrzeń, zaginając Wszechświat i dowolne otaczające światło.

Naukowcy wykorzystali gromady galaktyk jako kosmiczne szkła powiększające, w technice zwanej soczewkowaniem grawitacyjnym. Chodzi o to, że jeżeli naukowcy są w stanie podać w przybliżeniu masę gromady galaktyk, mogą oszacować jej wpływ grawitacyjny na dowolne otaczające światło, a także kąt, pod jakim gromada może zakrzywiać to światło.

Astronomowie wykorzystali gromady galaktyk do powiększania obiektów na optycznych długościach fal, ale nigdy w paśmie rentgenowskim widma elektromagnetycznego, głównie dlatego, że gromady galaktyk same emitują ogromne ilości promieniowania rentgenowskiego. Naukowcy sądzili, że jakiekolwiek promieniowanie X pochodzące ze źródła tła byłoby niemożliwe do odróżnienia od światła własnego gromady.

Naukowcy zastanawiali się, czy mogliby usunąć emisje rentgenowskie pochodzące z gromady galaktyk, aby zobaczyć znacznie słabsze promieniowanie X pochodzące z obiektu znajdującego się za i powiększonego przez gromadę?

Zespół przetestował ten pomysł na podstawie obserwacji przeprowadzonych przez Obserwatorium Chandra, jeden z najpotężniejszych teleskopów rentgenowskich na świecie. Przyjrzeli się szczególnie pomiarom gromady Feniks, odległej gromady galaktyk znajdującej się 5,7 mld lat świetlnych stąd o szacowanej masie ok. kwadryliona mas Słońca, z efektami grawitacyjnymi, które powinny uczynić ją potężną, naturalną soczewką.

Bayliss i jego koledzy analizowali obserwacje gromady Feniks, stale wykonywane za pomocą Chandra przez ponad miesiąc. Obejrzeli także zdjęcia gromady wykonane przez dwa teleskopy optyczne i podczerwone – Kosmiczny Teleskop Hubble’a i Teleskop Magellana w Chile. Przy tych wszystkich różnych spojrzeniach, zespół opracował model do scharakteryzowania efektów optycznych gromady, który pozwolił naukowcom precyzyjnie zmierzyć emisje rentgenowskie z samej gromady i odjąć je od danych.

Pozostały im dwa podobne wzorce emisji promieniowania X wokół gromady, które, jak ustalili, były „soczewkowane” lub grawitacyjnie zakrzywione przez gromadę. Kiedy prześledzili emisje wstecz w czasie, odkryli, że wszystkie pochodzą z jednego, odległego źródła: maleńkiej galaktyki karłowatej sprzed 9,4 mld lat – około ⅓ obecnego wieku Wszechświata.

Połączenie naturalnej mocy soczewkowania gromady Feniks pozwoliło zespołowi zobaczyć maleńką galaktykę ukrywającą się za gromadą, powiększoną około 60 razy. Przy tej rozdzielczości udało im się przybliżyć tak, by dostrzec dwie wyraźne grupy w galaktyce, z których jedna wytwarza znacznie więcej promieniowanie X niż druga.

Ponieważ promienie X są zwykle wytwarzane podczas ekstremalnych, krótkotrwałych zjawisk, naukowcy uważają, że pierwsza grupa bogata w promienie X sygnalizuje część galaktyki karłowatej, która niedawno utworzyła supermasywne gwiazdy, podczas gdy cichszy region to starszy obszar, który zawiera bardziej dojrzałe gwiazdy.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:
MIT

Dodaj komentarz

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.