Ciemne galaktyki – wczesna faza formowania się galaktyk, przewidywana teoretycznie, ale do tej pory nie obserwowana – zostały po raz pierwszy dostrzeżone. Obiekty te są bogatymi w gaz galaktykami bez gwiazd. Dzięki należącemu do ESO Bardzo Dużemu Teleskopowi (VLT) międzynarodowy zespół wykrył te nieuchwytne obiekty obserwując je rozświetlone przez kwazar.

Ciemne galaktyki to małe, bogate w gaz galaktyki we wczesnym Wszechświecie, które są bardzo niewydajne w formowaniu gwiazd. Ich istnienie jest przewidywane przez teorie formowania galaktyk i uważa się, że stanowią bloki budulcowe dzisiejszych jasnych, wypełnionych gwiazdami galaktyk. Astronomowie sądzą, że dla dużych galaktyk mogły stanowić źródło większości gazu, z którego potem uformowały się gwiazdy istniejące obecnie.

Ponieważ zasadniczo brak w nich gwiazd, ciemne galaktyki nie emitują wiele światła, co czyni je bardzo trudnymi do wykrycia. Od lat astronomowie próbowali rozwijać nowe techniki obserwacji, aby potwierdzić istnienie ciemnych galaktyk. Małe absorpcje w widmach źródeł tła dały wskazówkę co do istnienia ciemnych galaktyk. Ale w prezentowanych tutaj badaniach po raz pierwszy ciemne galaktyki dostrzeżono bezpośrednio.

„Nasze podejście do problemu wykrywania ciemnych galaktyk opiera się na oświetleniu ich jasnym światłem” tłumaczy Simon Lilly (ETH Zurich, Szwajcaria), współautor publikacji. „Szukaliśmy fluorescencyjnego świecenia gazu w ciemnych galaktykach, rozświetlonego światłem ultrafioletowym od sąsiedniego, bardzo jasnego kwazara. Światła kwazara spowodowało świecenie ciemnych galaktyk dzięki procesowi podobnemu do znanego z ubrań oświetlonych lampami ultrafioletowymi w nocnym klubie.” [1]

Naukowcy wykorzystali wielką powierzchnię zbierającą i czułość Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) oraz serię bardzo długich ekspozycji, aby wykryć ekstremalnie słabą poświatę fluorescencyjną od ciemnych galaktyk. Skorzystali z instrumentu FORS2, aby wykonać mapę obszaru nieba wokół jasnego kwazara [2] HE 0109-3518, poszukując ultrafioletowego światła emitowanego przez gaz wodorowy, gdy jest on wystawiony na intensywne promieniowanie. Z powodu rozszerzania się Wszechświata światło tło jest w rzeczywistości obserwowano w odcieniu fioletu, gdy dociera do VLT. [3]

Po kilku latach prób wykrycia emisji fluorescencyjnej od ciemnych galaktyk, nasze wyniki pokazują potencjał tej metody odkrywania i badania tych fascynujących i dotychczas niewidzialnych obiektów” mówi Sebastiano Cantalupo (University of California, Santa Cruz), główny autor badań.

Zespół wykrył prawie 100 gazowych obiektów, które są położone w odległości kilku milionów lat świetlnych od kwazara. Po bardzo starannych analizach, przeprowadzonych w celu wykluczenia obiektów, w których emisja może być spowodowana wewnętrznymi procesami formowania gwiazd w galaktykach, a nie światłem pochodzącym od kwazara, naukowcy ostatecznie zawęzili listę do 12 obiektów. Są to obecnie najbardziej przekonujące identyfikacje ciemnych galaktyk we wczesnym Wszechświecie.

Astronomowie byli także w stanie ustalić niektóre własności ciemnych galaktyk. Oszacowali, że masa gazu w nich zawartego to około miliard mas Słońca, co jest typowe dla bogatych w gaz, małomasywnych galaktyk we wczesnym Wszechświecie. Udało się także oszacować efektywność procesów powstawania gwiazd, które okazały się stłumione o czynnik ponad 100 względem typowych galaktyk, w którym formują się gwiazdy, na podobnym etapie kosmicznej historii. [4]

„Nasze obserwacje za pomocą VLT dostarczyły dowodu na istnienie zwartych i izolowanych ciemnych obłoków. Dzięki tym badaniom dokonaliśmy istotnego kroku w kierunku ujawniania i zrozumienia niejasnych wczesnych etapów formowania się galaktyk i tego w jaki sposób galaktyki pozyskały swój gaz” podsumowuje Sebastiano Cantalupo.

Spektrograf MUSE, który będzie testowany na VLT w 2013 roku, będzie bardzo potężnym narzędziem do badania tego typu obiektów.

Uwagi

[1] Fluorescencja to emisja światła przez substancję oświetloną źródłem światła. W większości przypadków emitowane światło ma dłuższe fale niż światło źródłowe. Na przykład świetlówki przekształcają promieniowanie ultrafioletowe – niewidoczne dla nas – w światło optyczne. Fluorescencja pojawia się naturalnie w niektórych związkach, takich jak skały lub minerały, ale może także zostać dodana celowo, tak jak w detergentach zawierających fluorescencyjne środki chemiczne, aby białe ubrania wydawały się jaśniejsze w normalnym świetle.

[2] Kwazary to bardzo jasne, odległe galaktyki, co do których uważa się, że są zasilane przez supermasywne czarne dziury w swoich centrach. Ich jasność czyni je mocnymi reflektorami, które pomagają rozświetlić otaczający obszar, umożliwiając badania ery, w której pierwsze gwiazdy i galaktyki formowały się z pierwotnego gazu.

[3] Emisja od wodoru znana jest jako promieniowanie Lyman-alfa I jest produkowana przez elektrony w atomach wodoru przechodzące z poziomu drugiego na najniższy poziom energetyczny. Jest to rodzaj promieniowania ultrafioletowego. Ponieważ jednak Wszechświat rozszerza się, długość fal światła od obiektów zostaje rozciągnięta gdy przemierza ono przestrzeń. Im dalej światło musi podróżować, tym bardziej staje się rozciągnięte. Ponieważ czerwony ma najdłuższe fale w zakresie widzialnym dla naszych oczu, proces ten nazywany jest „przesunięciem ku czerwieni” – stąd pochodzi też angielski termin „redshift”, używany przez astronomów również w języku polskim. Kwazar HE 0109-3518 jest położony na redshifcie z = 2,4, a ultrafioletowe światło od ciemnych galaktyk jest przesunięcie w zakres widma światła widzialnego. Wąskopasmowy filtr został specjalnie zaprojektowany do wyizolowania specyficznej długości fali światła emisji fluorescencyjnej przesuniętej ku czerwieni. Filtr ma swoje centrum w okolicach 414,5 nanometra, aby uchwycić emisję Lyman-alfa przesuniętą ku czerwieni o z=2,4 (czyli do odcienia fioletu) i ma szerokość zaledwie 4 nanometrów.

[4] Efektywność formowania gwiazd to masa nowo powstałych gwiazd względem masy dostępnego gazu. Okazuje się, że obiekty te potrzebowałyby ponad 100 miliardów lat, aby zmienić swój gaz w gwiazdy. Wynik ten jest zgodny z najnowszymi badaniami teoretycznymi, które sugerują, że bogate w gaz małomasywne halo na dużych przesunięciach ku czerwieni, mogą mieć bardzo słabą wydajność procesów formowania gwiazd na skutek małej zawartości metali.

Autor

Krzysztof Czart

Komentarze

  1. a_struś    

    błąd — ->” obiekty te potrzebowałyby ponad 100 miliardów lat,” – na pewno 100 miliardów, a nie 100 milionów? 😉

  2. Madajg    

    Nie ma to nic wspólnego… — …z kosmogonią galaktyk. To małe obiekty, obłoki gazu. Gwiazdy istniały już po 200 milionach lat od WW. Galaktyki powstały 1,5 do 2 mld. lat po WW. Można przypuszczać, galaktyki “normalne” powstały z gwiazd, które już przecież istniały. Ich skupienie w centrum obiektu spowodowało eksplozję termojądrową miliardów istniejących już gwiazd, dla nas widoczną jako zjawisko kwazara.
    Czytałem o tym w dwutomowym dziele (napisanym popularnie): “Pofantazjujmy o Wszechświecie” Autor: Józef Gelbard, do osiągnięcia: w Księgarni Naukowej UMK w Toruniu. kopernikanska.pl

  3. at    

    amatorzy i frajerzy — Kwazary są blisko swoich galaktyk macierzystych, co widać po rozkładzie kątów, który musi być przecież jednorodny, więc jest taki.

    http://ray.tomes.biz/galquarand.gif

    1. at    

      aktualna sytuacja — tam była hipoteza, a tu obserwacja:

      http://ray.tomes.biz/galquapair.gif

  4. Madajg    

    To chyba nieporozumienie — O jakich galaktykach macierzystych tu mowa? Przecież w podanych przez Ciebie linkach chodzi o przypadkową zbieżność kierunków patrzenia. Powtarzam, kwazary są galaktykami we wczesnym stadium rozwoju. Nasza Galaktyka, a właściwie jej jądro, też kiedyś była kwazarem. Ramiona spiralne powstały w wyniku serii eksplozji. Produktem tej eksplozji są “dymy po fajerwerkach”, tworzące na razie ciemne (nie świecące) formacje otaczające jądra (kwazary). W nich, stopniowo, przez miliardy lat tworzyć się zaczną gwiazdy pierwszej (młodszej) populacji. Dlatego jasność materii otaczającej kwazara jest stosunkowo mała. To, co zaobserwowano może być właśnie tą materią prawie pozbawioną gwiazd. Wszystko by sią zgadzało, z tym, że wniosek, że chodzi o materię sprzed czasów, w których tworzyły się gwiazdy, jest błędny. Gwiazdy istniały już 200 mln lat po WW, a najwcześniejsze obiekty galaktyczne (kwazary) pojawiły się po ok. 1,5 mld. lat po WW. Sama eksplozja, zjawisko kwazara, to wynik zderzenia miliardów gwiazd już istniejących, w samym centrum obiektu. To, że zawartość metali w ramionach spiralnych jest stosunkowo duża, stanowi wprost dowód zajścia eksplozji na skalę galaktyczną. Eksplozji termojądrowej. Nie chodzi więc o pojedyńcze supernowe, lecz o “supernową” o masie miliardy razy większej.
    Twierdzenie, że “pochodzimy od jakiejś, ktorejś supernowej”, w dosłownym pojmowaniu, jest nieporozumieniem.

    1. podróżnik    

      Od dawna podobne myśli mnie nachodzą gdy mowa o kwazarach. — Jest to, wydaje mi się, logiczna konkluzja istnienia masywnych czarnych dziur w centrach galaktyk, jak i kwazarów we wczesnym wszechświecie. Nie rozumiem widocznego oporu astronomów przed tą hipotezą.

    2. at    

      chodzi o galaktykę obok kwazara

      > O jakich galaktykach macierzystych tu mowa? Przecież w podanych
      > przez Ciebie linkach chodzi o przypadkową zbieżność kierunków
      > patrzenia.

      Zgadza się.
      Wybieramy najbliższą galaktykę, którą widać w pobliżu kwazara.

      Mierzymy kąt kwazar-galaktyka dla kilkuset kwazarów i sprawdzamy
      rozkład tych kątów – w zależności od odległości galaktyki.

      I otrzymamy coś takiego:
      http://ray.tomes.biz/3bmod.gif

      Oś pionowa – separacja kątowa, a pozioma odległość do galaktyki: z.

      I widać wyraźnie jak to jedzie skosem w dół, co oznacza że odległość kwazar-galaktyka jest tu silnie skorelowana.

      Można też zauważyć, że rozrzut kątów maleje z dystansem, co jest bardzo istotne:
      im dalej, tym większe przesunięcie z, zatem błąd pomiaru dystansu maleje, ponieważ mamy tu również przesunięcie Dopplera z prędkości samej galaktyki (prędkość kilka tyś km/s, czyli błąd ‘z’ na poziomie +/-0.01).

      Jest jasne, że one są powiązane, zwłaszcza że są znane i dokładnie
      zbadane przypadki wielu kwazarów wokół jednej galaktyki, co sugeruje,
      że ona jest źródłem tych kwazarów. I stąd termin galaktyka macierzysta.

      Średni dystans kwazara do galaktyki wychodzi chyba jakieś ze 100 kpc.

Komentarze są zablokowane.