eso1522ru — Научный релиз

Самый детальный снимок объекта Дальней Вселенной

Наблюдения «кольца Эйнштейна» на ALMA

8 июня 2015 г.

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.

Узнать больше

Результаты данного исследования представлены в семи научных статьях, которые вскоре будут опубликованы. Ниже приводится состав исследовательских групп.

http://arxiv.org/abs/1503.07605
Yoichi Tamura (The University of Tokyo), Masamune Oguri (The University of Tokyo), Daisuke Iono (National Astronomical Observatory of Japan/SOKENDAI), Bunyo Hatsukade (National Astronomical Observatory of Japan), Yuichi Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan/SOKENDAI), and Masao Hayashi (National Astronomical Observatory of Japan).

http://arxiv.org/abs/1503.08720
Simon Dye (University of Nottingham), Christina Furlanetto (University of Nottingham; CAPES Foundation, Ministry of Education of Brazil, Brazil), Mark Swinbank (Durham University), Catherine Vlahakis (Joint ALMA Observatory, Chile; ESO, Chile), James Nightingale (University of Nottingham), Loretta Dunne (University of Canterbury, New Zealand; Institute for Astronomy [IfA], Royal Observatory Edinburgh), Steve Eales (Cardiff University), Ian Smail (Durham), Ivan Oteo-Gomez (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Todd Hunter (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA), Mattia Negrello (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Vicolo Osservatorio, Padova, Italy), Helmut Dannerbauer (Universitat Wien, Vienna, Austria), Rob Ivison (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Raphael Gavazzi (Universite Pierre et Marie Curie, Paris), Asantha Cooray (California Institute of Technology, USA) and Paul van der Werf (Leiden University, The Netherlands).

http://arxiv.org/abs/1505.05148
Mark Swinbank (Durham University), Simon Dye (University of Nottingham), James Nightingale (University of Nottingham), Christina Furlanetto (University of Nottingham; CAPES Foundation, Ministry of Education of Brazil, Brazil), Ian Smail (Durham), Asantha Cooray (California Institute of Technology, USA), Helmut Dannerbauer (Universitat Wien, Vienna, Austria), Loretta Dunne (University of Canterbury, New Zealand; Institute for Astronomy [IfA], Royal Observatory Edinburgh), Steve Eales (Cardiff University), Raphael Gavazzi (Universite Pierre et Marie Curie, Paris), Todd Hunter (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA), Rob Ivison (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Mattia Negrello (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Vicolo Osservatorio, Padova, Italy), Ivan Oteo-Gomez (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Renske Smit (Durham), Paul van der Werf (Leiden University, The Netherlands), and Catherine Vlahakis (Joint ALMA Observatory, Chile; ESO, Chile).

http://arxiv.org/abs/1503.05558
Kenneth C. Wong (Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica (ASIAA), Taipei, Taiwan), Sherry H. Suyu (ASIAA, Taiwan), Satoki Matsushita (ASIAA, Taiwan)

http://arxiv.org/abs/1503.07997
Bunyo Hatsukade (National Astronomical Observatory of Japan, Tokyo, Japan) Yoichi Tamura (Institute of Astronomy, University of Tokyo, Tokyo, Japan), Daisuke Iono (National Astronomical Observatory of Japan; The Graduate University for Advanced Studies [SOKENDAI], Tokyo, Japan), Yuichi Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan), Masao Hayashi (National Astronomical Observatory of Japan), Masamune Oguri (Research Center for the Early Universe, University of Tokyo, Tokyo, Japan; Department of Physics, University of Tokyo, Tokyo, Japan; Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe [Kavli IPMU, WPI], University of Tokyo, Chiba, Japan)

http://arxiv.org/abs/1503.02652
The ALMA Partnership, C. Vlahakis (Joint ALMA Observatory [JAO]; ESO) , T. R. Hunter (National Radio Astronomy Observatory [NRAO]), J. A. Hodge (NRAO) , L. M. Pérez (NRAO) , P. Andreani (ESO), C. L. Brogan (NRAO) , P. Cox (JAO, ESO) , S. Martin (Institut de Radioastronomie Millimétrique [IRAM]) , M. Zwaan (ESO) , S. Matsushita (Institute of Astronomy and Astrophysic, Taiwan) , W. R. F. Dent (JAO, ESO), C. M. V. Impellizzeri (JAO, NRAO), E. B. Fomalont (JAO, NRAO), Y. Asaki (National Astronomical Observatory of Japan; Institute of Space and Astronautical Science (ISAS), Japan Aerospace Exploration Agency [JAXA]) , D. Barkats (JAO, ESO) , R. E. Hills (Astrophysics Group, Cavendish Laboratory), A. Hirota (JAO; National Astronomical Observatory of Japan), R. Kneissl (JAO, ESO), E. Liuzzo (INAF, Istituto di Radioastronomia), R. Lucas ( Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble) , N. Marcelino (INAF), K. Nakanishi (JAO, National Astronomical Observatory of Japan), N. Phillips (JAO, ESO), A. M. S. Richards (University of Manchester), I. Toledo (JAO), R. Aladro (ESO), D. Broguiere (IRAM), J. R. Cortes (JAO, NRAO), P. C. Cortes (JAO, NRAO), D. Espada (ESO, National Astronomical Observatory of Japan), F. Galarza (JAO), D. Garcia-Appadoo (JAO, ESO), L. Guzman-Ramirez (ESO), A. S. Hales (JAO, NRAO) , E. M. Humphreys (ESO) , T. Jung (Korea Astronomy and Space Science Institute) , S. Kameno (JAO, National Astronomical Observatory of Japan) , R. A. Laing (ESO), S. Leon (JAO,ESO) , G. Marconi (JAO, ESO) , A. Mignano (INAF) , B. Nikolic (Astrophysics Group, Cavendish Laboratory), L. A. Nyman (JAO, ESO), M. Radiszcz (JAO), A. Remijan (JAO, NRAO), J. A. Rodón (ESO), T. Sawada (JAO, National Astronomical Observatory of Japan), S. Takahashi (JAO, National Astronomical Observatory of Japan), R. P. J. Tilanus (Leiden University), B. Vila Vilaro (JAO, ESO), L. C. Watson (ESO), T. Wiklind (JAO, ESO), Y. Ao (National Astronomical Observatory of Japan) , J. Di Francesco (National Research Council Herzberg Astronomy & Astrophysics), B. Hatsukade (National Astronomical Observatory of Japan), E. Hatziminaoglou (ESO), J. Mangum (NRAO), Y. Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan), E. Van Kampen (ESO), A. Wootten (NRAO), I. De Gregorio-Monsalvo (JAO, ESO), G. Dumas (IRAM), H. Francke (JAO), J. Gallardo (JAO), J. Garcia (JAO), S. Gonzalez (JAO), T. Hill (ESO), D. Iono (National Astronomical Observatory of Japan), T. Kaminski (ESO), A. Karim (Argelander-Institute for Astronomy), M. Krips (IRAM), Y. Kurono (JAO, National Astronomical Observatory of Japan) , C. Lonsdale (NRAO), C. Lopez (JAO), F. Morales (JAO), K. Plarre (JAO), L. Videla (JAO), E. Villard (JAO, ESO), J. E. Hibbard (NRAO), K. Tatematsu (National Astronomical Observatory of Japan)

http://arxiv.org/abs/1503.02025
M. Rybak (Max Planck Institute for Astrophysics), J. P. McKean (Netherlands Institute for Radio Astronomy; University of Groningen) S. Vegetti (Max Planck Institute for Astrophysics), P. Andreani (ESO) and S. D. M. White (Max Planck Institute for Astrophysics)

Атакамская Большая Миллиметровая / субмиллиметровая решетка ALMA (The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), международный астрономический инструмент – совместный проект ESO, Национального научного фонда США NSF (U.S. National Science Foundation) и Национального института естественных наук Японии NINS (National Institutes of Natural Sciences) в кооперации с Республикой Чили. Работа обсерватории ALMA финансируется ESO (представляющей объединенные интересы своих стран-участниц), Фондом NSF совместно с Национальным советом по научным исследованиям Канады NRC (National Research Council) и Национальным советом по науке Тайваня NSC (National Science Council), а также NINS в кооперации с тайваньской Academia Sinica (AS) и Корейским институтом астрономии и космических исследований KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute).

Строительство и эксплуатация телескопа ALMA осуществляются: ESO, представляющей интересы своих стран-участниц; Национальной радиоастрономической обсерваторией США NRAO (National Radio Astronomy Observatory) под управлением компании Associated Universities, Inc. (AUI), представляющей Северную Америку; Национальной астрономической обсерваторией Японии NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan), представляющей Восточную Азию. Общее управление строительством, тестированием и эксплуатацией ALMA осуществляется в рамках Объединенной обсерватории ALMA (The Joint ALMA Observatory -- JAO).

Европейская Южная Обсерватория (ESO, the European Southern Observatory) -- ведущая межгосударственная астрономическая организация Европы, самая продуктивная в мире астрономическая обсерватория. В ее работе принимают участие 16 стран: Австрия, Бельгия, Бразилия, Великобритания, Германия, Дания, Испания, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария и Швеция, а также Чили как страна, предоставившая свою территорию для размещения обсерваторий ESO. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономических исследований. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Паранал и Чахнантор. В обсерватории Паранал, самой передовой в мире астрономической обсерватории для наблюдений в видимой области спектра, установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT) и два обзорных телескопа: VISTA, который работает в инфракрасных лучах и является крупнейшим в мире телескопом для выполнения обзоров неба, и Обзорный Телескоп VLT (VLT Survey Telescope) -- крупнейший инструмент, предназначенный исключительно для обзора неба в видимом свете. ESO является европейским партнером крупнейшего астрономического проекта современности – системы радиотелескопов миллиметрового и субмиллиметрового диапазона ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Паранала, ESO ведет строительство E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope) – 39-метрового Европейского Чрезвычайно Большого Телескопа для оптического и ближнего ИК диапазонов, который станет «величайшим оком человечества, устремленным в небо».

Ссылки

Контакты

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St.-Petersburg, Russia
Телефон: +7-812-363-7786
Сотовый: +7-911-212-2130
Email: km@gao.spb.ru

Lars Lindberg Christensen
Head of ESO ePOD
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 3200 6761
Сотовый: +49 173 3872 621
Email: lars@eso.org

Connect with ESO on social media

Перевод пресс-релиза ESO eso1522.

О релизе

Релиз №:eso1522ru
Название:HATLAS J090311.6+003906, SDP 81
Тип:Early Universe : Galaxy : Type : Gravitationally Lensed
Early Universe : Cosmology : Phenomenon : Lensing
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
Science data:2015PASJ...67...93H
2015PASJ...67...72T
2015MNRAS.453L..26R
2015MNRAS.452.2258D
2015MNRAS.451L..40R
2015ApJ...811..115W
2015ApJ...808L...4P
2015ApJ...806L..17S

Изображения

Кольцо Эйнштейна SDP.81 и галактика-линза
Кольцо Эйнштейна SDP.81 и галактика-линза
Линзированная галактика
Линзированная галактика
SDP.81: фото, полученное на телескопе Хаббла
SDP.81: фото, полученное на телескопе Хаббла
Составное изображение кольца Эйнштейна SDP.81 и галактики-линзы (не аннотировано)
Составное изображение кольца Эйнштейна SDP.81 и галактики-линзы (не аннотировано)

Видео

Схема гравитационного линзирования далеких звездообразующих галактик
Схема гравитационного линзирования далеких звездообразующих галактик
Схема гравитационного линзирования далеких звездообразующих галактик
Схема гравитационного линзирования далеких звездообразующих галактик

Также смотрите наши