Per la prima volta, gli astronomi sono stati in grado di combinare le immagini ottiche più profonde dell'universo, ottenute dal telescopio spaziale Hubble, con immagini altrettanto nitide nella parte del vicino infrarosso dello spettro utilizzando un nuovo sofisticato sistema di stelle guida laser per ottica adattiva al WM Keck Observatory alle Hawaii. Le nuove osservazioni, presentate alla riunione dell'American Astronomical Society (AAS) a San Diego questa settimana, rivelano dettagli senza precedenti di collisioni di galassie con enormi buchi neri sui loro nuclei, visti a una distanza di circa 5 miliardi di anni luce, quando l'universo era poco più della metà della sua età attuale.
L'osservazione di galassie distanti nella gamma degli infrarossi rivela popolazioni di stelle più vecchie di quelle che si possono vedere alle lunghezze d'onda ottiche, e la luce infrarossa penetra anche più facilmente le nuvole di polvere interstellare della luce ottica. Le nuove immagini a infrarossi di galassie distanti sono state ottenute da un team di ricercatori dell'Università della California, Santa Cruz, UCLA e l'Osservatorio W. Keck. Jason Melbourne, uno studente laureato presso l'UC Santa Cruz e autore principale dello studio, ha affermato che i risultati iniziali includono alcune sorprese e che i ricercatori continueranno ad analizzare i dati nelle prossime settimane.
"Non siamo mai stati in grado di raggiungere questo livello di risoluzione spaziale nell'infrarosso", ha affermato Melbourne.
Oltre a Melbourne, il team di ricerca, guidato da David Koo dell'UCSC e James Larkin dell'UCLA, comprende Jennifer Lotz, Claire Max e Jerry Nelson all'UCSC; Shelley Wright e Matthew Barczys all'UCLA; e Antonin H. Bouchez, Jason Chin, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Paul J. Stomski, Douglas Summers, Marcos A. van Dam e Peter L. Wizinowich all'Osservatorio di Keck.
“Per la prima volta in queste profonde immagini dell'universo possiamo coprire tutte le lunghezze d'onda della luce dall'ottico all'infrarosso con lo stesso livello di risoluzione spaziale. Questo ci consente di osservare sottostrutture dettagliate in galassie distanti e studiare le loro stelle costitutive con una precisione che altrimenti non potremmo ottenere ", ha affermato Koo, professore di astronomia e astrofisica presso l'UCSC.
Le immagini sono state ottenute da Wright e dal team Keck AO durante i test del sistema di ottica adattiva della stella guida laser sul telescopio Keck II da 10 metri. Sono le prime immagini di qualità scientifica di galassie distanti ottenute con il nuovo sistema. Questo segna un passo importante per il Center for Adaptive Optics Treasury Survey (CATS), che utilizzerà l'ottica adattiva per osservare un ampio campione di deboli e lontane galassie nell'universo primordiale, ha affermato Larkin dell'UCLA.
"Abbiamo lavorato molto duramente per diversi anni prendendo dati attorno a stelle luminose. Ma siamo stati molto limitati in termini di numero e tipi di oggetti che possiamo osservare. Solo con il laser ora possiamo raggiungere gli obiettivi più ricchi ed eccitanti. " Disse Larkin.
L'ottica adattiva (AO) corregge l'effetto sfocato dell'atmosfera, che degrada gravemente le immagini viste dai telescopi terrestri. Un sistema AO misura precisamente questa sfocatura e corregge l'immagine usando uno specchio deformabile, applicando correzioni centinaia di volte al secondo. Per misurare la sfocatura, AO richiede una sorgente luminosa luminosa nel campo visivo del telescopio, che può essere creata artificialmente usando un laser per eccitare gli atomi di sodio nell'atmosfera superiore, facendoli brillare. Senza una tale stella guida laser, gli astronomi hanno dovuto fare affidamento su stelle luminose ("stelle guida naturali"), che limitano drasticamente dove AO può essere usato nel cielo. Inoltre, le stelle guida naturali sono troppo luminose per consentire l'osservazione di galassie molto deboli e distanti nella stessa parte del cielo, ha affermato Koo.
"L'avvento della stella guida laser a Keck ha aperto il cielo per osservazioni di ottica adattiva, e ora possiamo usare Keck per concentrarci su quei campi in cui abbiamo già meravigliose e profonde immagini ottiche dal telescopio spaziale Hubble", ha detto Koo.
Poiché il diametro dello specchio del telescopio Keck è quattro volte più grande di quello di Hubble, può ottenere immagini quattro volte più nitide di Hubble nel vicino infrarosso ora che è disponibile il sistema di ottica adattiva della stella guida laser per superare gli effetti sfocati dell'atmosfera.
Le immagini presentate alla riunione dell'AAS sono state ottenute in un'area del cielo nota come campo MERCI-Sud, dove sono già state fatte osservazioni profonde da parte di Hubble, l'Osservatorio dei raggi X di Chandra e altri telescopi. Ci sono sei deboli galassie nelle immagini, tra cui due fonti di raggi X identificate da Chandra. Le emissioni di raggi X, combinate con la morfologia disordinata di questi oggetti, hanno suggerito la recente attività di fusione, ha affermato Melbourne. Le concentrazioni possono incanalare grandi quantità di materia nel centro di una galassia e le emissioni di raggi X dal centro galattico indicano la presenza di un enorme buco nero che sta attivamente consumando materia.
"Ora siamo abbastanza certi di vedere galassie che hanno subito recenti fusioni", ha affermato Melbourne. “Uno di questi sistemi ha un doppio nucleo, quindi puoi effettivamente vedere i due nuclei delle galassie che si fondono. L'altro sistema è molto disordinato - sembra un disastro ferroviario - ed è una fonte di raggi X molto più potente. ”
Oltre ad illuminare il nucleo galattico con emissioni di raggi X, le fusioni tendono anche a innescare la formazione di nuove stelle scioccando e comprimendo le nuvole di gas. Quindi i ricercatori sono stati sorpresi di scoprire che il sistema con un doppio nucleo è dominato da stelle relativamente vecchie e non sembra produrre molte giovani stelle.
"Se abbiamo ragione riguardo allo scenario di fusione, allora questa fusione si sta verificando tra due galassie che avevano già formato la maggior parte delle loro stelle miliardi di anni prima e non avevano molto gas rimasto per creare nuove stelle", ha detto Melbourne.
Se ulteriori studi dimostrano che tali oggetti sono comuni più indietro nel tempo, queste osservazioni potrebbero aiutare a spiegare uno degli enigmi della formazione della galassia. Secondo la teoria prevalente della formazione gerarchica di galassie, le grandi galassie sono costruite per miliardi di anni attraverso fusioni tra galassie più piccole. Dal momento che le fusioni innescano la formazione di stelle, è stato difficile spiegare l'esistenza di galassie molto grandi che mancano di popolazioni significative di giovani stelle.
“Un'idea è che puoi avere una cosiddetta fusione a secco, in cui due galassie piene di vecchie stelle ma poco gas si fondono senza formare molte nuove stelle. Quello che stiamo vedendo in questo oggetto è coerente con una fusione a secco ", ha affermato Melbourne. "Anche in una fusione a secco, potrebbe esserci ancora abbastanza gas per alimentare il buco nero, producendo emissioni di raggi X, ma non abbastanza per produrre un forte scoppio di formazione stellare."
Ulteriori osservazioni alle lunghezze d'onda dell'infrarosso medio-lontano, attese entro la fine dell'anno dal telescopio spaziale Spitzer, potrebbero aiutare a confermarlo. I dati di Spitzer forniranno una migliore indicazione del contenuto di polvere della galassia, una variabile cruciale nell'interpretazione di queste osservazioni, ha affermato Melbourne.
Il sistema di ottica adattiva della stella guida laser è stato finanziato dalla W. Keck Foundation. Il sistema stellare di guida laser artificiale è stato sviluppato e integrato in una collaborazione tra il Lawrence Livermore National Laboratory e il W. Il laser è stato integrato a Keck con l'aiuto di Dee Pennington, Curtis Brown e Pam Danforth. La videocamera a infrarossi vicini NIRC2 è stata sviluppata dal California Institute of Technology, dall'UCLA e dall'Osservatorio di Keck. L'Osservatorio Keck è gestito come una partnership scientifica tra CalTech, l'Università della California e la National Aeronautics and Space Administration.
Questo lavoro è stato supportato dal Center for Adaptive Optics, un centro scientifico e tecnologico della National Science Foundation gestito da UC Santa Cruz.
Fonte originale: Keck News Release
