Когда галактики образуются, они накапливают массу за счет гравитационного притяжения обширных внешних газовых облаков. Когда газовые облака входят в галактику, они попадают на случайные орбиты.
Эти неупорядоченные траектории вызывают турбулентность в родительских галактиках, которая может стимулировать звездообразование.Чтобы исследовать внутренние условия формирования галактик, Джеймс Роадс и Сангита Малхотра из Университета штата Аризона и их коллеги нацелились на две молодые галактики, известные как S0901 и Клон. Свету обеих галактик потребовалось 10 миллиардов лет, чтобы добраться до нас в космосе.
Таким образом, мы видим их, когда они были сравнительно молоды.«Цель этого проекта — изучить физическое состояние газа в этих галактиках.
Мы хотели знать: похожи ли они на галактики вокруг нас или есть какая-то разница в их физическом состоянии», — говорит Роудс.Две галактики, которые они выбрали для изучения, являются средними галактиками для того времени в космической истории.
Это означает, что они составляют около 10-20 процентов размера нашего Млечного Пути, который считается средней галактикой в современной Вселенной.Изучение галактик так далеко обычно затруднено, потому что они кажутся слишком тусклыми для эффективного изучения, но в этом случае исследователям помогла космическая лупа, известная как гравитационная линза. Обе галактики находятся за промежуточными группами галактик, гравитация которых искривляет пространство. Как описано в Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, это искривление действует как линза.
Хотя он искажает изображения молодых галактик, он помогает, увеличивая их свет, тем самым делая их доступными для инструмента HIFI Гершеля.Исследователи использовали HIFI для исследования инфракрасного света ионизированного углерода, который излучается на длине волны 158 микрометров (частота 1900 ГГц).
Эта спектральная линия образуется в облаках, окружающих области звездообразования. HIFI показал, что линия была расширена до двойного пика, и это позволило моделировать движение газа.Сначала команда описала общее вращение галактики, а затем турбулентность в газовых облаках. К своему удивлению они обнаружили, что галактика S0901 ведет себя очень хорошо.
Было обнаружено, что вместо турбулентности она совершает упорядоченное вращение, что гораздо больше похоже на величественные галактики сегодняшнего дня.«Обычно, когда астрономы исследуют галактики в эту раннюю эпоху, они обнаруживают, что турбулентность играет гораздо большую роль, чем в современных галактиках. Но S0901 является явным исключением из этой схемы, и Клон может быть другим», — говорит Роудс.Клон, вторая галактика в их исследовании, также может быть приспособлен к упорядоченному вращению.
Однако из-за того, что он был несколько более тусклым, качество данных было не очень хорошим. Это означало, что, как и следовало ожидать, данные могут быть дополнены очень турбулентной моделью.
«Галактики 10 миллиардов лет назад создавали звезды более активно, чем сейчас, — говорит Малхотра. — Они обычно также демонстрируют большую турбулентность, вероятно, потому, что они накапливают газ быстрее, чем это делает современная галактика. Но здесь у нас есть случаи ранних галактик, которые совмещают "спокойное" вращение современного с активным звездообразованием своих ранних сверстников. Во-первых, это говорит о том, что эти галактики закончили накапливать свой газ, по крайней мере, на данный момент. Но также кажется, что турбулентность на самом деле не требуется для запуска этого раннее активное звездообразование ».
Малхотра признает предварительный характер их исследования. «Это не последнее слово по этому поводу. Нам нужна более крупная выборка, чтобы быть уверенными в наших выводах», — говорит она.
Но этот более крупный образец не будет исследован Гершелем.
Как и предполагалось, жидкий гелиевый хладагент, необходимый для поддержания работы HIFI и других инструментов Гершеля, закончился в апреле 2013 года. Вместо этого исследователи надеются продолжить работу, начатую Гершелем, используя Атакамскую большую миллиметровую / субмиллиметровую решетку (ALMA), наземную антенную решетку. 66 радиочан в Чили.
«Поразительно, что с помощью Herschel / HIFI — по общему признанию, с помощью гравитационного линзирования — стало возможным изучать внутреннюю кинематику газа в галактиках, когда Вселенной было всего несколько миллиардов лет, и что мы можем узнать «Эта новаторская работа Herschel обязательно будет продолжена», — говорит Горан Пилбратт, научный сотрудник проекта Herschel в ЕКА.Исходная информацияПредставленное здесь исследование основано на наблюдениях, выполненных с помощью прибора Heterodyne для дальнего инфракрасного диапазона (HIFI) на борту космической обсерватории Гершеля ESA SDSS090122.37 + 181432.3, называемой S0901, и SDSS J120602.09 + 514229.5, известной как Клонировать. Результаты опубликованы в книге Дж.
Роадса и др. «Наблюдения за экстремальной линзой Herschel: динамика двух сильно линзированных галактик около красного смещения z = 2», которая будет опубликована в выпуске The Astrophysical Journal от 20 мая 2014 г., том 787 , выпуск 1.Herschel — это космическая обсерватория ЕКА с научными приборами, предоставленными консорциумом главных исследователей под европейским руководством и при важном участии НАСА.Прибор HIFI представляет собой гетеродинный спектрометр с очень высоким разрешением и работает в семи диапазонах, охватывающих диапазон длин волн от 157 до 625 мкм. HIFI был спроектирован и построен консорциумом институтов и университетских кафедр по всей Европе, Канаде и США под руководством Нидерландского института космических исследований SRON, Нидерланды, при основном участии Германии, Франции и США.
Членами Консорциума HIFI являются: CSA, Университет Ватерлоо (Канада); CESR, LAB, LERMA, IRAM (Франция); КОСМА, МПИфР, МПС (Германия); NUI Maynooth (Ирландия); ASI, IFSI-INAF, Osservatorio Astrofisico di Arcetri-INAF (Италия); SRON, TUD (Нидерланды); CAMK, CBK (Польша); Национальная астрономическая обсерватория (IGN), Центр астробиологии (CSIC-INTA) (Испания); Технологический университет Чалмерса — MC2, RSS GARD, Космическая обсерватория Онсала, Шведский национальный космический совет, Стокгольмский университет — Стокгольмская обсерватория (Швеция); ETH Zurich, FHNW (Швейцария); Калифорнийский технологический институт, Лаборатория реактивного движения, NHSC (США).Herschel был запущен 14 мая 2009 года и завершил научные наблюдения 29 апреля 2013 года.