للمرة الأولى ، تمكن الفلكيون من الجمع بين أعمق صور بصرية للكون ، تم الحصول عليها بواسطة تلسكوب هابل الفضائي ، مع صور حادة بنفس القدر في الجزء القريب من الأشعة تحت الحمراء من الطيف باستخدام نظام نجمة الليزر الجديد المتطور للبصريات التكيفية في مرصد WM Keck في هاواي. تكشف الملاحظات الجديدة ، التي تم تقديمها في اجتماع الجمعية الفلكية الأمريكية (AAS) في سان دييغو هذا الأسبوع ، تفاصيل غير مسبوقة عن اصطدام المجرات مع ثقوب سوداء ضخمة في نوىها ، والتي تُرى على مسافة حوالي 5 مليارات سنة ضوئية ، عندما كان الكون ما يزيد قليلاً عن نصف عمره الحالي.
تكشف مراقبة المجرات البعيدة في مدى الأشعة تحت الحمراء عن أعداد أكبر من النجوم أكبر مما يمكن رؤيته في الأطوال الموجية الضوئية ، كما يخترق ضوء الأشعة تحت الحمراء سحب الغبار بين النجوم بسهولة أكبر من الضوء البصري. تم الحصول على صور الأشعة تحت الحمراء الجديدة للمجرات البعيدة من قبل فريق من الباحثين من جامعة كاليفورنيا ، وسانتا كروز ، وجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ، ومرصد دبليو كيك. وقال جيسون ملبورن ، وهو طالب دراسات عليا في جامعة كاليفورنيا سانتا كروز والمؤلف الرئيسي للدراسة ، إن النتائج الأولية تتضمن بعض المفاجآت وأن الباحثين سيواصلون تحليل البيانات في الأسابيع المقبلة.
قال ملبورن "لم نتمكن من تحقيق هذا المستوى من الدقة المكانية في الأشعة تحت الحمراء من قبل".
بالإضافة إلى ملبورن ، فإن فريق البحث ، بقيادة ديفيد كو من UCSC وجيمس لاركين من جامعة كاليفورنيا ، يشمل Jennifer Lotz و Claire Max و Jerry Nelson في UCSC ؛ Shelley Wright و Matthew Barczys في UCLA ؛ وأنطونين إتش بوشيه ، وجيسون تشين ، وسكوت هارتمان ، وإريك جوهانسون ، وروبرت لافون ، وديفيد لو ميجنان ، وبول ج. ستومسكي ، ودوغلاس سامرز ، وماركوس أ. فان دام ، وبيتر ل.
"للمرة الأولى في هذه الصور العميقة للكون ، يمكننا تغطية جميع أطوال موجات الضوء من الضوء البصري إلى الأشعة تحت الحمراء بنفس المستوى من الدقة المكانية. قال كو ، أستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة كاليفورنيا في كاليفورنيا ، إن هذا يسمح لنا بمراقبة الهياكل الفرعية التفصيلية في المجرات البعيدة ودراسة النجوم المكونة لها بدقة لا يمكننا الحصول عليها بطريقة أخرى.
تم الحصول على الصور من قبل رايت وفريق Keck AO أثناء اختبار نظام البصريات التكيفية لنجم دليل الليزر على تلسكوب Keck II 10 أمتار. إنها أول صور ذات جودة علمية للمجرات البعيدة التي تم الحصول عليها من النظام الجديد. وقال لاركين من جامعة كاليفورنيا في لوس أنجليس ، إن هذا يمثل خطوة رئيسية بالنسبة لمركز مسح الخزانة للبصريات التكيفية (CATS) ، والذي سيستخدم البصريات التكيفية لرصد عينة كبيرة من المجرات البعيدة والباهتة في الكون المبكر.
"لقد عملنا بجد لسنوات عديدة لأخذ البيانات حول النجوم الساطعة. لكننا مقيدون للغاية من حيث عدد وأنواع الأشياء التي يمكننا مراقبتها. فقط بالليزر يمكننا الآن الوصول إلى أغنى الأهداف وأكثرها إثارة. " قال لاركين.
تعمل البصريات التكيفية (AO) على تصحيح التأثير الضبابي للغلاف الجوي ، مما يؤدي إلى تدهور خطير في الصور التي تراها المقاريب الأرضية. يقيس نظام AO هذا الضبابية بدقة ويصحح الصورة باستخدام مرآة مشوهة ، ويطبق التصحيحات مئات المرات في الثانية. لقياس التمويه ، يتطلب AO مصدرًا نقطيًا مشرقًا للضوء في مجال رؤية التلسكوب ، والذي يمكن إنشاؤه بشكل مصطنع باستخدام الليزر لإثارة ذرات الصوديوم في الغلاف الجوي العلوي ، مما يتسبب في توهجها. بدون نجم الليزر هذا ، كان على الفلكيين الاعتماد على النجوم الساطعة ("نجوم الدليل الطبيعية") ، والتي تحد بشكل كبير من مكان استخدام AO في السماء. علاوة على ذلك ، فإن النجوم الإرشادية الطبيعية مشرقة للغاية بحيث لا تسمح بملاحظة المجرات البعيدة والباهتة جدًا في نفس الجزء من السماء.
قال كو: "إن ظهور نجم دليل الليزر في كيك فتح السماء لملاحظات البصريات التكيفية ، ويمكننا الآن استخدام كيك للتركيز على تلك المجالات حيث لدينا بالفعل صور بصرية رائعة وعميقة من تلسكوب هابل الفضائي".
نظرًا لأن قطر مرآة Keck Telescope أكبر بأربع مرات من مرآة Hubble ، يمكنها الحصول على صور أكثر وضوحًا بأربع مرات من هابل في الأشعة تحت الحمراء القريبة ، حيث أصبح نظام البصريات التكيفية لمرشد الليزر متاحًا للتغلب على تأثيرات التعتيم في الغلاف الجوي.
تم الحصول على الصور التي تم تقديمها في اجتماع AAS في منطقة من السماء تعرف باسم حقل GOODS-South ، حيث تم بالفعل إجراء ملاحظات عميقة بواسطة هابل ومرصد تشاندرا للأشعة السينية وغيرها من التلسكوبات. هناك ست مجرات باهتة في الصور ، بما في ذلك مصدري الأشعة السينية التي حددتها شاندرا. وقالت ملبورن إن انبعاثات الأشعة السينية ، إلى جانب التشكل غير المنتظم لهذه الأشياء ، تشير إلى نشاط الاندماج الأخير. يمكن لعمليات الاندماج أن تنقل كميات كبيرة من المادة إلى مركز المجرة ، وتشير انبعاثات الأشعة السينية من مركز المجرة إلى وجود ثقب أسود ضخم يستهلك المادة بنشاط.
قال ملبورن: "نحن الآن على يقين من أننا نشهد مجرات خضعت لعمليات الاندماج الأخيرة". "يحتوي أحد هذه الأنظمة على نواة مزدوجة ، لذا يمكنك في الواقع رؤية نواتين من المجرات المدمجة. النظام الآخر يعاني من اضطراب شديد - يبدو وكأنه حطام قطار - وهو مصدر أشعة سينية أقوى بكثير. "
بالإضافة إلى إضاءة نواة المجرة بانبعاثات الأشعة السينية ، تميل عمليات الاندماج أيضًا إلى تحفيز تكوين نجوم جديدة عن طريق صدمة وضغط سحب الغاز. لذا فوجئ الباحثون عندما وجدوا أن النظام ذو النواة المزدوجة تهيمن عليه النجوم القديمة نسبيًا ولا يبدو أنه ينتج العديد من النجوم الشابة.
وقال ملبورن "إذا كنا على حق بشأن سيناريو الاندماج ، فإن هذا الاندماج يحدث بين مجرتين شكلا بالفعل معظم نجومهما قبل مليارات السنين ولم يكن لديك الكثير من الغاز المتبقي لصنع نجوم جديدة".
إذا أظهرت دراسة إضافية أن هذه الأشياء شائعة في الماضي ، فقد تساعد هذه الملاحظات في تفسير إحدى الألغاز في تكوين المجرات. وفقًا للنظرية السائدة حول تكوين المجرات الهرمية ، يتم بناء المجرات الكبيرة على مدى مليارات السنين من خلال عمليات الاندماج بين المجرات الأصغر. منذ أن أدى الاندماج إلى تكوين النجوم ، كان من الصعب تفسير وجود مجرات كبيرة جدًا تفتقر إلى أعداد كبيرة من النجوم الصغيرة.
"فكرة واحدة هي أنه يمكن أن يكون لديك ما يسمى الاندماج الجاف ، حيث توجد مجرتان مليئة بالنجوم القديمة ولكن القليل من الغاز يندمج دون تكوين العديد من النجوم الجديدة. قال ملبورن: إن ما نراه في هذا الشيء يتوافق مع الاندماج الجاف. "حتى في الاندماج الجاف ، قد يكون هناك ما يكفي من الغاز لتغذية الثقب الأسود ، مما ينتج انبعاثات أشعة سينية ، ولكن ليس كافيًا لإحداث انفجار قوي لتكوين النجوم."
قد تساعد الملاحظات الإضافية عند الأطوال الموجية المتوسطة إلى البعيدة ، والمتوقعة في وقت لاحق من هذا العام من تلسكوب سبيتزر الفضائي ، على تأكيد ذلك. وقالت ملبورن إن بيانات سبيتزر ستوفر مؤشرا أفضل لمحتوى غبار المجرة ، وهو متغير حاسم في تفسير هذه الملاحظات.
تم تمويل نظام البصريات التكيفية لنجم دليل الليزر من قبل مؤسسة دبليو كيك. تم تطوير نظام نجمة دليل الليزر الاصطناعي ودمجه في شراكة بين مختبر لورنس ليفرمور الوطني و W. تم دمج الليزر في Keck بمساعدة Dee Pennington و Curtis Brown و Pam Danforth. تم تطوير كاميرا NIRC2 القريبة من الأشعة تحت الحمراء من قبل معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا وجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس ومرصد كيك. يعمل مرصد كيك كشراكة علمية بين جامعة كاليفورنيا للتكنولوجيا وجامعة كاليفورنيا والإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء.
تم دعم هذا العمل من قبل مركز البصريات التكيفية ، وهو المركز الوطني للعلوم والتكنولوجيا التابع لمؤسسة العلوم الوطنية والذي تديره جامعة كاليفورنيا سانتا كروز.
المصدر الأصلي: Keck News Release
