Spitzerův vesmírný dalekohled (SST) je čtvrtým a posledním nástrojem série NASA Great Observatories. SST následoval Hubbleův kosmický dalekohled (HST), Chandra X-Ray a Compton Gamma Ray Observatories do vesmíru 25. srpna 2003. Umístěn v heliocentrické oběžné dráze Země (sluneční), a pracoval pod 2,5 plus rok charty v NASA je Origins Program, SST odhalil první veřejné světlo v květnu 2004 - dává světu velkolepý infračervený pohled na čelní velkou spirálovou galaxii M51 v Canes Venatici.
Lord Rosse poprvé popsal M51 jako „spirální mlhovinu“ v roce 1845. Teprve když Edwin Hubble vyřešil slabé proměnné hvězdy v jiném „M“ - M31 - M51 a další „spirální mlhoviny“ dosáhly hodnosti stejné jako naše vlastní Mléčná dráha - Galaxie!
Ale pojmenovat věc neznamená to vysvětlit. Jednou z nejobtížnějších věcí, kterou lze o něčem vysvětlit, je „Jak se to stalo?“
Ještě před zveřejněním obrazu M51 SST, astronomové již dostali „heads-up“ na vzácném případě třídy vzdálených objektů v nebesích - rozlehlé oblasti plynu a prachu zářící slabě, ale bez dozoru hvězdným světlem - právě takový druh studia, který by mohl revolucionizovat způsob, jakým astronomové chápou formaci galaxií. Původní program NASA udělal velký hit a nyní problémem bylo postoupit běžce domů domů pomocí jiných zdrojů dat…
V článku nazvaném „Objev velké plynné mlhoviny o velikosti ~ 200 kpc při z = ~ 2,7 pomocí Spitzerova kosmického dalekohledu“ (zveřejněno 29. března 2005), astrofyzik Arjun Dey z Národní observatoře pro optickou astronomii (NOAO) a jeho kolegové z jiných organizací ( včetně operačního střediska SST v Jet Propulsion Laboratory) shromáždila data z celé dolní poloviny em spektra - od rádiového k viditelnému světlu - a vymalovala obraz tvorby časných galaktických shluků spojených s touto vzrušenou (a vzrušující) oblastí prachu a plyn se nachází asi 11,3 BLY v čase a prostoru.
Slovy týmu: „Hlásíme objev velmi velké prostorově rozšířené mlhoviny spojené se světelným středním infračerveným zdrojem.“ Pro vás a pro mě to znamená, že objevili „už dávno a daleko v lůně raného galaktického zrození“.
Objekt (SST24 J1434110 + 331733) byl původně mapován pomocí detektorů MIPS a IRAC SST během středního infračerveného průzkumu jarních konstelačních Bootesů koncem ledna 2004. Po snížení dat ze strany personálu JPL bylo jasné, že SST24 může nabídnout některé nesmírně významné vhledy do této tajemné doby galaktického vývoje, když se mladé galaxie spojují s hmotou hvězdné formace. Ale proniknout do těchto věcí by vyžadovalo rozšíření obrazu regionu pomocí světla z celého spektra em.
Zčásti potřeba dalších pohledů na SST24 byla poháněna omezenou clonou zrcadla SST 0,84 metru a dlouhými vlnovými délkami spojenými s infračerveným světlem. V nejlepším případě SST odhalil střední třetinu mlhoviny. (Přístroje na palubě SST jsou omezeny na rozlišení 6 obloukových sekund). Tři palubní detektory (infračervená array kamera -IRAC, infračervený spektrograf - IRS a multibandový zobrazovací fotometr pro Spitzer - MIPS) a analyzují infračervené světlo ve středu až daleko - infračervené vlnové délky (3,6 - 160 mikrometrů).
Ačkoli světlo pozorované pomocí tří přístrojů SST většinou pochází z „teplých“ objektů (plyny a prach), světlo z optických zdrojů lze také pozorovat po expanzivním červeném posunu na velké vzdálenosti. Je zajímavé, že jedna konkrétní jasná linie ve stejném „téměř optickém světle“ byla poprvé označena pro astronomické použití astrofyzikem Lymanem Spitzerem - samotným jmenovatelem SST - jedním z předních zastánců infračervené astronomie 20. století.
Spolu s daty z jiných nástrojů Dey a jeho tým sestavili přesvědčivý případ pro aktivní galaktická jádra (AGN) v SST24. Pokud by byla taková AGN ověřena, ukázalo by se, že černé díry hrají důležitou roli v časné evoluci galaxií. Takový příklad může velmi dobře převratit naše chápání tvorby galaxií tím, že učiní AGN spíše příčinou - spíše než účinkem - formace galaxií ve skupině…
Vizuální data použitá týmem spojeným s SST24 byla shromážděna pomocí 4m a 2,1m dalekohledů NOAO v Kitt Peak v Arizoně. Tyto nástroje zlepšily rozlišení SST téměř osmkrát. Další data dostupná v optickém světle rozšířila obraz energetického výkonu SST24. Během května a června 2004 byly spektrografické informace o SST24 (spolu s objekty v popředí a na pozadí) shromážděny do jemně vyladěných a přesně orientovaných proužků o délce 1 oblouku za 10 metrů nástroje Keck I na Mauna Kea na Havaji.
Z příspěvku článku „Světlý zdroj infračerveného záření byl poprvé detekován při pozorováních pomocí kosmického dalekohledu Spitzer Space Telescope. Stávající širokopásmová zobrazovací data z průzkumu hlubokého širokého pole NOAO odhalila, že středový infračervený zdroj je spojen s rozptýleným, prostorově rozšířeným optickým protějškem… Spektroskopie a další zobrazování… odhaluje, že optický zdroj je téměř čistě mlhovina emitující čáry s malou, pokud vůbec nějakou, detekovatelnou difúzní kontinuální emisí. “
Zralé galaxie obvykle vykazují celé spektrum světla generovaného černým tělem z hvězdných fotosfér. Taková širokopásmová spektra jsou obvykle posílena úzkými, jasnými emisními čarami spojenými s atomovou excitací. Ve spektru SST24 však dominuje jediné úzké pásmo záření. Toto pásmo - i když se kvůli 3,7násobnému přesunu v důsledku recese 11,3 BLY změnilo - přidružilo se k frekvenci „Lyman Alpha“ emitované vodíkovým plynem. Obvykle se takové lymské mraky alfa ozařují stimulací ze vzdálených kvasarů na pozadí. Ale v případě SST24 se může jednat o jiný mechanismus - zdroj černé díry uvnitř samotné mlhoviny.
Při sestavování struktury SST24 vědecký tým rozhodl, že její AGN je vyrovnána od středu cloudu téměř o jednu desetinu plného rozsahu cloudu. Přestože není jasné, jaký vliv má tento offset na formování galaxií, musí být její skutečnost začleněna do toho, jak budeme v budoucnu modelovat tvorbu galaxií.
Spektrografické posuny v Lymanově alfa světle také naznačují, že centrální 100 KLY region SST24 se pomalu točí a obsahuje hmotnostní ekvivalent přibližně 6 bilionů sluncí - přibližně 5x oproti našim vlastním galaxímům Mléčná dráha a Whirlpool (M51). SST24 zahrnuje oblast vesmíru snadno zahrnující celou Mléčnou dráhu a všech dvanáct satelitních galaxií.
Ale SST24 není úplně prostý formace hvězd. Tým hlásí, že „mladá hvězdotvorná galaxie leží poblíž severního konce mlhoviny.“ Tato galaxie je zčervenána prachem, má stejný červený posun jako záření Lyman-alfa plus širokopásmové záření spojené s tvorbou hvězd. Tato galaxie nenaznačuje, že by měla AGN. Z tohoto důvodu se můžeme brzy dozvědět, že AGN nemusí hrát roli nezbytnou pro formování všech galaxií.
Ačkoli je vysokofrekvenční vyšetření SST24 obtížné (kvůli problémům s rozlišením na dlouhých vlnových délkách), tým zdůrazňuje, že poměr střední infračervené a radiové vlny hustoty „vykazuje pozoruhodnou podobnost s hvězdnými galaxiemi…“ Z tohoto důvodu jsou části SST24 mat prochází obdobím rychlého hvězdného vývoje, který by mohl rychle vést k odhalení plně foukané galaxie bohaté na světelné chovatelské hvězdy…
SST24 není jediný Lyman-alfa cloud, který byl kdy detekován, ale těch několik objevených je vědeckým týmem považováno za výjimečné: „Vzácnost těchto> 100kpc lymských mraků, jejich spojení s výkonnými AGN a galaxiemi a jejich energetika naznačují že tyto regiony jsou místa vzniku nejmasivnějších galaxií. Pokud ano, porozumění fyzikálním podmínkám a energetice těchto systémů může poskytnout důležitý vhled do masivního procesu formování galaxií. “
Napsal Jeff Barbour
