Несколько международных групп астрономов использовали антенную решетку телескопов ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) для изучения удаленного уголка Вселенной, впервые обнаруженного на знаменитых канонических изображениях сверхглубоких полей, полученных с космическим телескопом Хаббла (Hubble Ultra Deep Field – HUDF). Новые наблюдения значительно глубже и резче, чем предыдущие обзоры этой области на миллиметровых волнах, и ясно показывают, как тесно связаны темп звездообразования в молодых галактиках и их общая звездная масса. Оказалось также возможным измерить прежде неизвестное количество зведообразующего газа в различные моменты времени, что позволило заглянуть в «золотой век» формирования галактик, примерно на 10 миллиардов лет назад. О результатах исследования рассказывается в пресс-релизе Европейской Южной обсерватории.
Снимки Hubble Ultra Deep Field, выполненные космическим телескопом Хаббла NASA/ESA с рекордной проницающей силой, были опубликованы в 2004 году. Эти великолепные изображения, позволившие заглянуть в недостижимые ранее глубины Вселенной, выявили множество разнообразных типов галактик на временном срезе менее одного миллиарда лет после Большого Взрыва. Поле несколько раз перенаблюдалось телескопом Хаббла и многими другими телескопами. В результате оно сейчас является самым глубоким существующим изображением ранней Вселенной.
Теперь астрономы впервые предприняли исследование этого внешне непримечательного, но досконально изученного окна в раннюю Вселенную с телескопом ALMA с беспрецедентной проницающей силой и разрешением на миллиметровых волнах. Им удалось зарегистрировать слабое свечение газовых облаков и эмиссионное излучение теплой пыли в галактиках ранней Вселенной. На сегодняшний день полная продолжительность наблюдений полей HUDF на ALMA составила примерно 50 часов – пока это самая большая продолжительность наблюдений одной и той же области неба на этом телескопе.
Одну из групп возглавлял Джим Данлоп (Jim Dunlop) из Эдинбургского университета в Великобритании. Этот коллектив впервые получил на ALMA глубокое и однородное изображение столь широкого поля, каким является HUDF. Полученные данные позволили с определенностью отождествить зарегистрированные на ALMA галактики с объектами, ранее уже наблюдавшимися на телескопе Хаббла и других инструментах. Эта работа впервые ясно показала, что на больших красных смещениях звездная масса галактики – лучший показатель темпа звездообразования в ней. Исследование было ограничено практически полной выборкой галактик большой массы. Джим Данлоп, главный автор статьи, посвященной получению глубоких изображений, подводит итог исследованию: «Эти результаты – настоящий прорыв. Мы впервые удовлетворительно связываем друг с другом видимые и ультрафиолетовые изображения далекой Вселенной, полученные на телескопе Хаббла, и изображения в дальнем инфракрасном и миллиметровом диапазонах, полученные на телескопе ALMA».
Вторая исследовательская группа, которой руководят Мануэль Аравена (Manuel Aravena) из Астрономического центра Университета Диего Порталеса в Сантьяго, Чили, и Фабиан Вальтер (Fabian Walter) из Института астрономии Макса Планка в Хайдельберге, Германия, выполнила еще более глубокий обзор в пределах примерно одной шестой части общего поля HUDF, что примерно в семьсот раз меньше диска полной Луны. «Мы провели первый полностью слепой трехмерный поиск холодного газа в ранней Вселенной, – говорит Крис Карилли (Chris Carilli), астроном из Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) в Сокорро, Нью Мексико, США, член исследовательской группы. –В результате мы открыли популяцию галактик, подобной которой не просматривается ни в одном другом глубоком обзоре неба». Одним из самых удивительных открытий в полях HUDF было огромное число галактик в столь малой угловой области неба.
То обстоятельство, что ALMA видит совершенно другую часть электромагнитного спектра по сравнению с телескопом Хаббла, позволяет астрономам изучать различные классы астрономических объектов, таких как массивные звездообразующие облака, а также объекты, которые слишком слабы для наблюдений в видимом свете, но достаточно хорошо различимы на миллиметровых длинах волн.
Некоторые из новых наблюдений на ALMA были специально направлены на регистрацию галактик, богатых окисью углерода, присутствие которой отмечает области звездообразования. Но при том, что эти резервуары молекулярного газа обуславливают процессы звездообразования в галактиках, их, как правило, трудно обнаружить при помощи телескопа Хаббла. Таким образом, ALMA дополняет наблюдения процессов образования и эволюции галактик «недостающим звеном».
«Новые результаты, полученные на ALMA, показывают быстрый рост содержания газа в галактиках по мере того, как мы заглядываем все дальше вглубь времени, – говорит ведущий автор двух статей Мануэль Аравена. – Это увеличивающееся содержание газа, по-видимому, и является основной причиной заметного роста темпа звездообразования в эпоху пика формирования галактик – около 10 миллиардов лет назад».
Представляемые результаты – лишь начало серии будущих глубоких наблюдений далекой Вселенной на ALMA. Например, планируется 150-часовая кампания наблюдений полей HUDF, которая должна внести дальнейшую ясность в историю звездообразования во Вселенной. Новые результаты, полученные на ALMA, будут опубликованы в серии статей в Astrophysical Journal и Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Кроме того, на этой неделе они будут представлены на конференции «Пятилетка ALMA» (Half a Decade of ALMA) в Палм-Спрингс.
