Это новое изображение, полученное с космического телескопа Хаббл НАСА / ЕКА, показывает астрономический объект, изображение которого умножено на эффект сильного гравитационного линзирования. Галактика, получившая название Дуга солнечных лучей, находится почти в 11 миллиардах световых лет от Земли и была линзирована на множестве изображений массивным скоплением галактик 4.6 миллиардов световых лет от нас [1].
Масса скопления галактик достаточно велика, чтобы изгибать и увеличивать свет от более далекой галактики позади него.
Этот процесс приводит не только к деформации света от объекта, но и к умножению изображения линзированной галактики.
В случае дуги солнечных лучей эффект линзирования привел к получению как минимум 12 изображений галактики, распределенных по четырем основным дугам. Три из этих дуг видны в правом верхнем углу изображения, в то время как одна контраграмма видна в левом нижнем углу, частично скрытая яркой звездой на переднем плане в Млечном Пути.
Хаббл использует эти космические увеличительные стекла для изучения объектов, которые в противном случае были бы слишком тусклыми и слишком маленькими даже для его чрезвычайно чувствительных инструментов.
Дуга солнечных лучей не является исключением, несмотря на то, что является одной из самых ярких известных галактик с гравитационной линзой.
Объектив делает различные изображения дуги солнечных лучей в 10-30 раз ярче.
Это позволяет Хабблу видеть структуры размером до 520 световых лет в поперечнике – редкое детальное наблюдение для объекта, находящегося на большом расстоянии. Это достаточно хорошо для сравнения с областями звездообразования в галактиках в локальной Вселенной, что позволяет астрономам детально изучать галактику и ее окружение.
Наблюдения Хаббла показали, что дуга солнечных лучей является аналогом галактик, существовавших в гораздо более ранний период истории Вселенной: период, известный как эпоха реионизации – эпоха, начавшаяся всего через 150 миллионов лет после Большого взрыва [2 ].
Эпоха реионизации была ключевой эпохой в ранней Вселенной, завершившей «темные века», эпохой до образования первых звезд, когда Вселенная была темной и заполнена нейтральным водородом [3]. После образования первых звезд они начали излучать свет, производя фотоны высокой энергии, необходимые для ионизации нейтрального водорода [4].
Это преобразовало межгалактическую материю в в основном ионизированную форму, в которой она существует сегодня.
Однако, чтобы ионизировать межгалактический водород, высокоэнергетическое излучение этих ранних звезд должно было покинуть свои родительские галактики без предварительного поглощения межзвездным веществом. До сих пор было обнаружено, что лишь небольшое количество галактик "утекает" фотоны высоких энергий в глубокий космос. Как этот свет ушел из ранних галактик, остается загадкой.
Анализ дуги солнечных лучей помогает астрономам добавить еще один кусок к головоломке – кажется, что по крайней мере некоторые фотоны могут покинуть галактику через узкие каналы в нейтральной среде, богатой газом. Это первое наблюдение процесса, о котором долго размышляли [5].
Хотя этот процесс вряд ли станет основным механизмом, приведшим к реионизации Вселенной, он вполне мог дать решающий толчок.
Примечания
[1] Официальное обозначение галактики Sunburst Arc – PSZ1 G311.65–18.48.
[2] Чем дальше мы смотрим в космос, тем дальше во времени смотрим.
Это позволяет астрономам изучать разные эпохи Вселенной, изучая объекты на разных расстояниях.
[3] Ионизация – это процесс получения или потери электронов, чтобы оставить электрически заряженные частицы. Эра известна как реионизация, потому что после Большого взрыва материя сначала превратилась в протоны и электроны. Затем, в эпоху рекомбинации – примерно через 380000 лет после Большого взрыва – из этих частиц впервые образовался нейтральный водород.
[4] В то время как ионизированный атом водорода состоит только из ядра атома (одного протона), нейтральный атом водорода содержит ядро из одного протона, вокруг которого вращается один электрон.
[5] Документ с изложением этих наблюдений будет опубликован в журнале Science 8 ноября 2019 г.
Больше информации
Космический телескоп Хаббла – это проект международного сотрудничества между ЕКА и НАСА.
Международная группа астрономов, участвующих в этом исследовании, состоит из T. Эмиль Ривера-Торсен (Университет Осло, Норвегия), Хакон Дале (Университет Осло, Норвегия), Джон Чисхолм (Женевский университет, Швейцария; Калифорнийский университет Санта-Крус, США), Майкл К. Флориан (Центр космических полетов имени Годдарда НАСА, США), Макс Гронке (Калифорнийский университет в Санта-Барбаре, США), Майкл Д. Гладдерс (Чикагский университет, США), Джейн Р. Ригби (Центр космических полетов имени Годдарда НАСА, США), Гийома Малера (Мичиганский университет, США), Керен Шарон (Мичиганский университет, США), Мэтью Бейлисс (Центр астрофизики и космических исследований Массачусетского технологического института-Кавли, США), а также данные из Программы Хаббла 15418 и 15101.