«Многие из галактик, существовавших в ранней Вселенной, были настолько малы, что их яркость значительно ниже предела современных крупнейших телескопов на Земле и в космосе, что затрудняет изучение их свойств и внутренней структуры», – говорит Николас Ляпорт из Кавли. Старший научный сотрудник Кембриджского университета. «Однако свет, исходящий от галактики RXCJ0600-z6, был сильно усилен гравитационным линзированием, что сделало его идеальной мишенью для изучения свойств и структуры типичных молодых галактик."
Гравитационное линзирование – это естественное явление, при котором свет, излучаемый удаленным объектом, изгибается под действием силы тяжести массивного тела, такого как галактика или скопление галактик, расположенное на переднем плане. Название «гравитационное линзирование» происходит от того факта, что гравитация массивного объекта действует как линза.
Когда мы смотрим через гравитационную линзу, свет далеких объектов усиливается, а их формы растягиваются. Другими словами, это «естественный телескоп», парящий в космосе.
Команда ALMA Lensing Cluster Survey (ALCS) использовала ALMA для поиска большого количества галактик в ранней Вселенной, которые увеличены с помощью гравитационного линзирования. Объединив мощь ALMA с помощью естественных телескопов, исследователи могут открывать и изучать более слабые галактики.
Почему так важно исследовать самые слабые галактики в ранней Вселенной? Теория и моделирование предсказывают, что большинство галактик, образовавшихся через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, являются маленькими и, следовательно, тусклыми.
Хотя несколько галактик в ранней Вселенной наблюдались ранее, изученные были ограничены наиболее массивными объектами и, следовательно, менее репрезентативными галактиками в ранней Вселенной из-за возможностей телескопов. Единственный способ понять стандартное формирование первых галактик и получить полную картину образования галактик – это сосредоточиться на более тусклых и более многочисленных галактиках.
Команда ALCS выполнила крупномасштабную программу наблюдений, которая заняла 95 часов, что очень много для наблюдений ALMA, чтобы наблюдать центральные области 33 скоплений галактик, которые могут вызвать гравитационное линзирование.
Одно из этих скоплений, получившее название RXCJ0600-2007, расположено в направлении созвездия Лепуса и имеет массу в 1000 триллионов раз больше массы Солнца. Команда обнаружила одну далекую галактику, на которую воздействует гравитационная линза, созданная этим естественным телескопом. ALMA обнаружила свет от ионов углерода и звездной пыли в галактике и вместе с данными, полученными с телескопа Gemini, определила, что галактика видна такой, какой она была примерно через 900 миллионов лет после Большого взрыва (12).9 миллиардов лет назад). Дальнейший анализ этих данных показал, что часть этого источника видна в 160 раз ярче, чем он есть на самом деле.
Путем точного измерения распределения масс скопления галактик можно «отменить» эффект гравитационного линзирования и восстановить первоначальный вид увеличенного объекта. Объединив данные космического телескопа Хаббла и Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории с теоретической моделью, команде удалось восстановить реальную форму далекой галактики RXCJ0600-z6.
Общая масса этой галактики примерно в 2–3 миллиарда раз больше массы Солнца, что составляет примерно 1/100 размера нашей Галактики Млечный Путь.
Что поразило команду, так это то, что RXCJ0600-z6 вращается. Традиционно считалось, что газ в молодых галактиках имеет беспорядочное хаотическое движение.
Только недавно ALMA открыла несколько вращающихся молодых галактик, которые бросили вызов традиционным теоретическим представлениям, но они были на несколько порядков ярче (больше), чем RXCJ0600-z6.
«Наше исследование впервые демонстрирует, что мы можем напрямую измерить внутреннее движение таких слабых (менее массивных) галактик в ранней Вселенной и сравнить его с теоретическими предсказаниями», – говорит Котаро Коно, профессор Токийского университета. и лидер команды ALCS.
«Тот факт, что RXCJ0600-z6 имеет очень высокий коэффициент увеличения, также заставляет надеяться на дальнейшие исследования», – объясняет Сейджи Фуджимото, научный сотрудник DAWN из Института Нильса Бора. "Эта галактика была выбрана среди сотен для наблюдения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), космического телескопа следующего поколения, который будет запущен этой осенью.
Благодаря совместным наблюдениям с использованием ALMA и JWST мы раскроем свойства газа и звезд в молодой галактике и ее внутренние движения. Когда Тридцатиметровый телескоп и Чрезвычайно большой телескоп будут завершены, они смогут обнаруживать скопления звезд в галактике и, возможно, даже определять отдельные звезды. Вот пример гравитационного линзирования, который использовался для наблюдения одиночной звезды 9.5 миллиардов световых лет от нас, и это исследование может расширить это расстояние до менее чем миллиарда лет после рождения Вселенной."