Record: cea mai îndepărtată galaxie

Combinând puterea telescoapelor spaţiale Hubble şi Spitzer cu cea a unei lentile naturale de dimensiuni cosmice (un roi masiv de galaxii), astronomii au stabilit un nou record, descoperind cea mai îndepărtată galaxie observabilă din Univers.

Marile observatoare ale NASA au descoperit galaxia cea mai îndepărtată din Univers

Ea apare ca o pată de mici dimensiuni şi reprezintă o mică parte din mărimea Căii Lactee. Dar observarea ei înseamnă de fapt o incursiune înapoi în timp, la un moment la care Universul nu avea decât 3% din vârsta sa actuală de 13,7 miliarde de ani. Galaxia recent descoperită a fost botezată MACS0647-JD şi o vedem aşa cum era la aproximativ 420 de milioane de ani după Big Bang – începutul teoretic al  Universului. Lumina ei a călătorit 13.3 miliarde de ani pentru a ajunge pe Pământ.

 

Galaxia nou descoperită, denumită MACS0647-JD, este foarte tânără şi are o dimensiune forte mică în comparaţie cu galaxia Calea Lactee. O vedem aşa cum era la aproximativ 420 de milioane de ani după Big Bang. Caseta din stânga reprezintă un prim-plan al tinerei galaxii pitice. Aceasta este o imagine compozită obţinută pe 5 octombrie şi 29 noiembrie 2011, de dispozitivele Wide Field Camera (WFC3) şi ACS (Advanced Camera for Surveys) ale telescopului spaţial Hubble. Credit imagine: NASA, ESA,  M. Postman, D. Coe (STScI) şi echipa CLASH .

Această descoperire de ultimă oră este rezultatul unui program de cercetare realizat cu telescopul Hubble, care foloseşte ”lentile” naturale pentru a dezvălui galaxiile îndepărtate aşa cum arătau ele la începuturile Universului, program care poartă unmele de Cluster Lensing and Supernova Survey (CLASH). Programul este derulat de către o echipă internaţională de experţi condusă de Dr. Marc Postman de la Space Telescope Science Institute din Baltimore şi foloseşte roiuri masive de galaxii pe post de telescoape cosmice pentru a mări galaxiile îndepărtate din spatele lor. Acest efect se numeşte lentilă gravitaţională.

 

Galaxia nou descoperită, MACS0647-JD, este foarte tânără în imaginile recepţionate de Hubble, fiind cât o mică părticică din Calea Lactee. O vedem aşa cum era la aproximativ 420 de milioane de ani după Big Bang. Credit video: NASA, ESA şi G. Bacon (STScI)

Pe drumul parcurs, la o distanţă de 8 miliarde de ani-lumină de galaxia sursă, lumina provenind de la MACS0647-JD a deviat de la traseu, ocolind pe mai multe căi roiul masiv de galaxii MACS J0647+7015, fără a cărui contribuţie la mărirea imaginii astronomii nu ar fi putut detecta această galaxie îndepărtată. Datorită efectului de lentilă gravitaţională, echipa de cercetare CLASH a putut observa, cu ajutorul telescopului Hubble, trei imagini mărite ale galaxiei MACS0647-JD.

Gravitaţia roiului masiv de galaxii a amplificat lumina provenind de la galaxia îndepărtată, făcând ca imaginile să apară de şapte-opt ori mai mari şi de două ori mai luminoase decât ar fi arătat în lipsa acestui efect natural, ceea ce le-a permis astronomilor să detecteze galaxia cu mai multă eficienţă şi să aibă mai multă încredere în datele recepţionate. 

"Roiul de galaxii poate face ceea ce niciun telescop fabricat de om nu reuşeşte”, a declarat Postman. "Fără efectul natural de mărire a imaginii, ar fi fost nevoie de un efort herculean pentru a putea observa această galaxie”.

MACS0647-JD este atât de mică încât s-ar putea să reprezinte doar rezultatul primilor paşi ai unui proces de formare a unei galaxii mai mari. Cercetările arată că ea se întinde pe mai puţin de 600 de ani-lumină. Bazându-se pe observarea unor galaxii ceva mai apropiate, astronomii estimează că la o galaxie tipică de o vârstă similară, dimensiunea este în mod normal de 2000 de ani-lumină. Pentru comparaţie, Marele Nor al lui Magellan, o galaxie pitică din apropierea Căii Lactee, are o întindere de 14.000 de ani-lumină. Calea Lactee se întinde pe 150000 de ani-lumină.

"Ea poate fi una dintre pietrele de temelie ale unei galaxii în formare”, a afirmat autorul coordonator al studiului, Dan Coe, de la Space Telescope Science Institute. "În următoarele 13 miliarde de ani care au urmat stadiului în care se afla la vârsta la care o observăm noi acum, aceasta e posibil să fi trecut prin zeci, sute sau chiar mii de evenimente, fuzionând cu alte galaxii şi fragmente de galaxii”.

Galaxia a fost observată cu 17 filtre, cuprinzând lungimi de undă de la cele apropiate de ultraviolete pană la cele apropiate de infraroşu, utilizând obiectivul cu câmp larg de vedere al telescopului Hubble (Wide Field Camera 3 - WFC3,)  precum şi  camera foto avansată pentru observaţii spaţiale - Advanced Camera for Surveys (ACS). Coe, în calitate de membru al echipei de cercetare în programul CLASH, a descoperit galaxia în februarie, în timp ce frunzărea un catalog cu miile de obiecte din spaţiu care au suferit efectul de lentilă gravitaţională şi au fost observate de Hubble pe perioada observării a 17 roiuri de galaxii, în cadrul proiectului CLASH.

Galaxia a apărut doar pe două din filtrele cele mai orientate pe culoarea roşu, ceea ce înseamnă fie că este o entitate care emite foarte multă lumină roşie, fie că, fiind foarte îndepărtată, lumina provenind de la ea a suferit un efect pronunţat de deplasare spre roşu, fie o combinaţie a celor două”,  a mai spus Coe. ”Am luat în considerare o gamă cât mai largă de posibilităţi”.

Echipa CLASH a identificat imagini multiple a opt galaxii a căror lumină suferise un efect de lentilă gravitaţională la trecerea pe lângă roiul de galaxii. Poziţia lor a permis echipei de cercetători să realizeze o hartă a masei roiului de galaxii, care se compune în primul rând din materie întunecată – o formă invizibilă de materie, care constituie cea mai mare parte din masa universului.  "Este ca un puzzle uriaş”, a spus Coe. "Trebuie să aranjăm masa în roiul respectiv în aşa fel încât să devieze lumina fiecărei galaxii pe poziţiile observate de noi.” Analizele echipei de astronomi au arătat că felul în care este distribuită masa în cadrul roiului de galaxii a dus la formarea celor trei imagini ale galaxiei MACS06467-JD, mărite prin efectul de lentilă gravitaţională, chiar pe poziţiile şi la luminozitatea relativă observate în imaginile surprinse de Hubble.

Coe şi colaboratorii săi au petrecut luni întregi eliminând sistematic orice altă explicaţie cu privire la identitatea obiectului cosmic, cum ar fi stelele roşii, piticele maro ori galaxiile roşii bătrâne care se află la distanţe intermediare faţă de Pământ. În final au ajuns la concluzia că cea mai corectă explicaţie este existenţa unei galaxii foarte îndepărtate. Studiul lor va fi publicat în numărul din 20 decembrie al revistei Astrophysical Journal.

Deplasarea spre roşu este o consecinţă a expansiunii spaţiului cosmic de-a lungul timpului. Astronomii studiază universul îndepărtat într-o lumină apropiată de infraroşu deoarece extinderea spaţiului "întinde" lumina ultravioletă şi vizibilă provenind de la galaxiile îndepărtate spre lungimi de undă infraroşii. Coe estimează că MACS0647-JD are un coeficient de deplasare spre roşu de 11, cea mai mare valoare observată până acum.

Imagini ale galaxiei obţinute la lungimi de undă mai mari, cu telescopul spaţial Spitzer, au jucat un rol cheie în această cercetare. Dacă obiectul analizat ar fi fost intrinsec roşu, acesta ar fi apărut strălucitor în imaginile obţinute de Spitzer. În schimb, galaxia abia dacă a putut fi detectată, ceea ce a indicat distanţa uriaşă la care se află. Echipa de cercetători intenţionează să utilizeze telescopul Spitzer pentru a obţine observaţii profunde despre această galaxie; se aşteaptă ca Spitzer să găsească indicii credibile privind conţinutul de praf, precum şi vârsta estimată a galaxiei.

Galaxia MACS0647-JD s-ar putea să se afle mult prea departe pentru ca orice telescop obişnuit să poată confirma distanţa bazându-se pe spectroscopie, tehnică prin care se împrăştie lumina provenind de la un anumit obiect, descompunând-o în mii de culori. Cu toate acestea, Coe este convins că tânăra galaxie este campioană la distanţă, atât datorită culorilor sale unice, cât şi ca urmare a cercetărilor aprofundate la care a lucrat întreaga echipă. "Toate cele trei imagini ale galaxiei care au fost obţinute graţie efectului de lentilă gravitaţională se potrivesc şi indică poziţiile la care se aşteaptă să fie situată o galaxie aflată la o astfel de depărtare, atunci când ne uităm la cele mai bune modele de lentile gravitaţionale din acest roi de galaxii”, a mai spus Coe.

MACS0647-JD este a doua galaxie îndepărtată descoperită în cadrul programului CLASH, care a realizat un recensământ pe mai multe lungimi de undă al unui număr de 25 de roiuri masive de galaxii utilizând obiectivul cu câmp larg de vedere al lui Hubble - WFC3 şi dispozitivul ACS (Advanced Camera for Surveys) al aceluiaşi telescop spaţial. Mai devreme în acest an, echipa CLASH a anunţat descoperirea unei galaxii care a existat când universul avea vârsta de 490 de milioane de ani, adică cu 70 de milioane de ani mai târziu decât noua galaxie, care depăşeşte orice record. Până în prezent, ca urmare a acestor cercetări s-au finalizat observaţiile pentru 20 din cele 25 de roiuri de galaxii.

Echipa speră să folosească Hubble în căutarea mai multor galaxii pitice aflate în epoca timpurie a vieţii lor. Dacă aceste galaxii „bebeluş” sunt numeroase, atunci ele ar fi putut oferi energia necesară pentru arderea păturii de hidrogen care a acoperit universul, un proces numit reionizare. Reionizarea a fost practic procesul care a transformat universul într-unul transparent la lumină.

Sursa: http://www.scientia.ro/