Một nhóm các nhà thiên văn học đã sử dụng kính viễn vọng ALMA (Atacama Large Millimét / Subillim Array) mới để xác định vị trí của hơn 100 thiên hà hình thành sao màu mỡ nhất trong vũ trụ sơ khai.
ALMA mạnh đến nỗi, chỉ trong vài giờ, nó đã thu được nhiều quan sát về các thiên hà này như được thực hiện bởi tất cả các kính viễn vọng tương tự trên toàn thế giới trong khoảng hơn một thập kỷ.
Các vụ nổ sao sinh nở nhất trong vũ trụ sơ khai diễn ra ở các thiên hà xa xôi chứa rất nhiều bụi vũ trụ. Những thiên hà này có tầm quan trọng quan trọng đối với sự hiểu biết của chúng ta về sự hình thành và tiến hóa của thiên hà đối với lịch sử của vũ trụ, nhưng bụi che khuất chúng và khiến chúng khó nhận dạng bằng kính viễn vọng ánh sáng nhìn thấy được. Để chọn chúng ra, các nhà thiên văn phải sử dụng kính viễn vọng quan sát ánh sáng ở bước sóng dài hơn, khoảng một milimet, chẳng hạn như ALMA.
Xem lớn hơn | Hình ảnh này cho thấy cận cảnh một lựa chọn của các thiên hà này. Các quan sát ALMA, ở các bước sóng dưới đáy, được hiển thị bằng màu cam / đỏ và được phủ lên trên chế độ xem hồng ngoại của khu vực mà camera IRAC nhìn thấy trên Kính viễn vọng Không gian Spitzer. Tín dụng: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), J. Hodge và cộng sự, A. Weiss và cộng sự, Trung tâm khoa học Spitzer của NASA
Các nhà thiên văn học đã chờ đợi dữ liệu như thế này trong hơn một thập kỷ. ALMA mạnh đến nỗi nó đã cách mạng hóa cách chúng ta có thể quan sát các thiên hà này, mặc dù kính viễn vọng chưa hoàn thành đầy đủ tại thời điểm quan sát, ông Jacqueline Hodge (Max-Planck-Institut für Astronomie, Đức), tác giả chính của bài báo trình bày các quan sát ALMA.
Bản đồ tốt nhất từ trước đến nay của các thiên hà bụi bặm xa xôi này được tạo ra bằng kính viễn vọng Thí nghiệm Atacama Pathfinder (APEX) do ESO vận hành. Nó đã khảo sát một mảng bầu trời có kích thước bằng Mặt trăng đầy đủ và phát hiện ra 126 thiên hà như vậy. Nhưng, trong các hình ảnh APEX, mỗi chùm hình thành sao xuất hiện dưới dạng một đốm tương đối mờ, có thể rộng đến mức nó bao phủ nhiều hơn một thiên hà trong các hình ảnh sắc nét hơn được thực hiện ở các bước sóng khác. Không biết chính xác thiên hà nào đang hình thành các ngôi sao, các nhà thiên văn học đã bị cản trở trong nghiên cứu về sự hình thành sao trong vũ trụ sơ khai.
Xác định chính xác các thiên hà đòi hỏi các quan sát sắc nét hơn và các quan sát sắc nét hơn đòi hỏi một kính thiên văn lớn hơn. Trong khi APEX có một ăng ten hình đĩa có đường kính 12 mét duy nhất, các kính viễn vọng như ALMA sử dụng nhiều món ăn giống APEX trải rộng trên khoảng cách rộng. Các tín hiệu từ tất cả các ăng-ten được kết hợp và hiệu ứng giống như của một kính thiên văn khổng lồ, rộng bằng toàn bộ các ăng-ten.
Xem lớn hơn | Hình ảnh này cho thấy sáu trong số các thiên hà được nhìn thấy trong các quan sát mới sắc nét của ALMA (màu đỏ). Các vòng tròn lớn màu đỏ cho biết các khu vực nơi APEX đã được phát hiện bởi các thiên hà. Kính viễn vọng trước đó không có hình ảnh đủ sắc nét để xác định danh tính của các thiên hà, nhiều ứng cử viên xuất hiện trong mỗi vòng tròn. Các quan sát ALMA, ở bước sóng dưới sóng, được phủ lên trên chế độ xem hồng ngoại của vùng mà camera IRAC nhìn thấy trên Kính viễn vọng Không gian Spitzer (màu xanh lam). Tín dụng: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), APEX (MP IfR / ESO / OSO), J. Hodge và cộng sự, A. Weiss et al., Trung tâm khoa học Spitzer của NASA
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng ALMA để quan sát các thiên hà từ bản đồ APEX trong giai đoạn quan sát khoa học đầu tiên của ALMA, với kính viễn vọng vẫn đang được xây dựng. Sử dụng ít hơn một phần tư bổ sung cuối cùng của 66 ăng-ten, trải rộng trên khoảng cách lên tới 125 mét, ALMA chỉ cần hai phút cho mỗi thiên hà để xác định từng điểm trong một vùng nhỏ hơn 200 lần so với các đốm APEX rộng và gấp ba lần độ nhạy. ALMA nhạy hơn rất nhiều so với các loại kính thiên văn khác thuộc loại này, chỉ trong vài giờ, nó đã nhân đôi tổng số quan sát như vậy từng được thực hiện.
Nhóm nghiên cứu không chỉ có thể xác định rõ ràng những thiên hà nào có các khu vực hình thành sao hoạt động, mà trong một nửa trường hợp họ phát hiện ra rằng nhiều thiên hà hình thành sao đã được trộn lẫn vào một đốm sáng trong các quan sát trước đó. Tầm nhìn sắc bén của ALMA cho phép họ phân biệt các thiên hà riêng biệt.
Trước đây, chúng tôi nghĩ rằng những thiên hà sáng nhất trong số các thiên hà này đang hình thành những ngôi sao mạnh gấp ngàn lần so với thiên hà của chúng ta, Dải Ngân hà, khiến chúng có nguy cơ tự thổi bay chúng. Các hình ảnh ALMA cho thấy nhiều thiên hà nhỏ hơn hình thành các ngôi sao với mức giá hợp lý hơn một chút, ông Alexander Karim (Đại học Durham, Vương quốc Anh), thành viên của nhóm và là tác giả chính của bài báo đồng hành về tác phẩm này cho biết.
Các kết quả tạo thành danh mục đáng tin cậy thống kê đầu tiên về các thiên hà hình thành sao bụi trong vũ trụ sơ khai, và cung cấp một nền tảng quan trọng để nghiên cứu thêm các tính chất thiên hà này ở các bước sóng khác nhau, mà không có nguy cơ giải thích sai do các thiên hà xuất hiện trộn lẫn với nhau.
Mặc dù có tầm nhìn sắc nét và độ nhạy vô song của ALMA, nhưng các kính viễn vọng như APEX vẫn có vai trò. AP APEX có thể bao phủ một khu vực rộng lớn trên bầu trời nhanh hơn ALMA, và do đó, nó rất lý tưởng để khám phá những thiên hà này. Khi chúng ta biết tìm ở đâu, chúng ta có thể sử dụng ALMA để xác định vị trí của chúng một cách chính xác, đã kết luận Ian Smail (Đại học Durham, Vương quốc Anh), đồng tác giả của bài báo mới.
Ghi chú
Các quan sát được thực hiện ở một vùng trời trong chòm sao phía nam của Fornax (Lò sưởi) được gọi là Chandra Deep Field South. Nó đã được nghiên cứu rộng rãi bởi nhiều kính viễn vọng cả trên mặt đất và trong không gian. Các quan sát mới từ ALMA mở rộng các quan sát có độ phân giải cao và sâu của khu vực này thành phần milimet / phần dưới của quang phổ và bổ sung cho các quan sát trước đó.
Qua ESO