Še nikoli nisem videl takšnih slik galaksij. Nihče ni imel! Te slike poudarjajo območja nastajanja zvezd v bližnjih (ish) galaksijah. Še vedno obstajajo številna neodgovorjena vprašanja o tem, kako dejansko poteka nastanek zvezd. Da bi odgovorili na ta vprašanja, opazujemo galaksije, ki aktivno tvorijo zvezde znotraj velikanskih oblakov plina. Do nedavnega nismo imeli ločljivosti, potrebne za jasno sliko posameznih plinskih oblakov. Toda slike, ki jih je objavil projekt z imenom PHANGS (Fizika pri visoki kotni ločljivosti v bližnjih galaksijah) v sodelovanju med zelo velikim teleskopom Evropskega južnega observatorija in velikim milimetrskim/submilimetrskim nizom Atacama (ALMA) je zagotovila še nikoli videne podrobnosti oblakov, ki tvorijo zvezde v drugih galaksijah.
Ta slika združuje opazovanja bližnjih galaksij NGC 1300, NGC 1087, NGC 3627 (zgoraj, od leve proti desni), NGC 4254 in NGC 4303 (spodaj, od leve proti desni), posneta s spektroskopskim raziskovalcem z več enotami (MUSE) na ESO-jev zelo velik teleskop (VLT). Vsaka posamezna slika je kombinacija opazovanj, izvedenih pri različnih valovnih dolžinah svetlobe za preslikavo populacij zvezd in toplega plina. Slika in opis slike PHANGS/ESO. Izvirna slika
Oblak zvezdnega prahu
Zvezde nastanejo iz velikanskih molekularnih oblakov (GMC), ki so v glavnem sestavljeni iz molekularnega vodika (H2). Plin znotraj teh oblakov se pod gravitacijo sesede in sčasoma postane goste krogle. S povečanjem gostote in tlaka toplota znotraj teh krogel omogoča jedrsko fuzijo, ki fuzijo vodika v helij – rojeva se zvezda! Toda kaj sproži začetni kolaps plina? Ali se stopnja nastajanja zvezd razlikuje med različnimi oblaki v isti galaksiji? Kako raznoliki so sami oblaki? To so vsa poglavja nastajanja zvezd, o katerih nismo povsem prepričani. Vstopite v PHANGS.
Raziskovalci PHANGS izbral ciljne galaksije z uporabo številnih predpogojev. Galaksije so morale biti dovolj blizu, da bi jih bilo mogoče posneti v zahtevani ločljivosti, da bi videli posamezne GMC. Vsi cilji so torej znotraj 17 milijonov parsekov od Rimske ceste (približno 55 milijonov svetlobnih let). Galaksije tudi niso preveč nagnjene, da bi zagotovile jasen pogled na diske ciljnih galaksij. In, kar je morda najpomembnejše, ciljne galaksije aktivno tvorijo zvezde. Te galaksije kot »galaksije glavne zaporedje« tvorijo zvezde v svojih diskih brez zunanje gravitacijske interakcije bližnje galaksije ali kot posledica združitve galaksij oboje lahko sproži intenzivna obdobja nastajanja zvezd zvezdni izbruhi . Namesto tega te galaksije tvorijo zvezde skozi procese, ki so znotraj galaksije. 90 takšnih galaksij je izpolnjevalo kriterije in je bilo izbranih za raziskavo.
Te kontrastne slike prikazujejo povečano ločljivost zaznavanja ogljikovega monoksida. Levo prikazuje prejšnje raziskave oblakov hladnega plina v galaksiji NGC 3627 v primerjavi s povečano ločljivostjo 'oblačne lestvice', ki jo je dosegla PHANGS-ALMA, in prikazuje veliko jasnejšo sliko lokacij GMC v galaksiji. c PHANGS-ALMA
Hladno in temno
Odkrivanje območij nastajanja zvezd v ciljnih galaksijah je doseženo s kombinacijo iskanja hladnega plina in vročih plinov, ki jih segrevajo novonastale zvezde. Hladni GMC, ki rojevajo nove zvezde, se imenujejo zvezdni vrtci. V premeru so lahko od deset do sto svetlobnih let z maso, ki je enaka tisočim sonc. Vendar pa je vodik, iz katerega so narejeni ti oblaki, težko videti. Ko je vodik izpostavljen energiji, sveti in ga je zlahka zaznati, medtem ko se hladen vodik skriva v temi vesolja. Toda GMC vsebujejo tudi ogljikov monoksid (CO), ki ga je v hladnem stanju lažje zaznati kot vodik. Razume se, da je razmerje med CO in vodikom v GMC konstantno, zato nam količina zaznane molekule CO lahko pove, koliko vodika je prisotnega v danem oblaku. ALMA išče ta CO signal.
Ta slika prikazuje porazdelitev hladnega (CO) proti vročemu (H-alfa) plinu, razporejenega skozi več galaksij (barve so v tem diagramu nasprotne intuitivne). Podpise hladnega CO plina preslikava ALMA, medtem ko žareče vroče H-alfa preslikava VLT. Združeni zemljevid prikazuje, kje se v hladnih GMC-jih rojevajo novonastale zvezde. c PHANGS-ALMA
Ko vodik vzbudi energija novonastalih in mladih zvezd, sprosti svetlobo, znano kot vodik alfa. H-alfa je najsvetlejša značilnost v spektru žarečega vodika in tako opazujemo večji del vesolja. Kombinacija vročih in hladnih zemljevidov teh GMC v drugih galaksijah razkrije okolje, v katerem nastajajo zvezde. Instrument, imenovan MUZA na zelo velikem teleskopu preslikava žarečo H-Alfa, kjer ALMA zazna hladne emisije CO. Najdrobnejše podrobnosti, ki jih ALMA razreši v ciljnih galaksijah, imajo premer približno 100 parsekov (približno 326 svetlobnih let). Raziskave ugotavljajo, da gre za ločljivost v 'oblačnem merilu', saj imajo ciljni GMC-ji tudi premer približno 100 parsekov. Pri tej ločljivosti je oblake mogoče razlikovati kot posamezne strukture, ločene od struktur preostalih domačih galaksij.
ESO-jev zelo velik teleskop (VLT) prikazuje bližnjo galaksijo NGC 4303, spiralno galaksijo, s palico zvezd in plina v središču, ki se nahaja približno 55 milijonov svetlobnih let od Zemlje v ozvezdju Devica. Zlati sijaji v glavnem ustrezajo oblakom vročega vodika, ki označujejo prisotnost novorojenih zvezd, medtem ko modrikasta področja v ozadju razkrivajo porazdelitev nekoliko starejših zvezd.
c. PHANGS / ESO - Izvirna slika
Zemljevid naslednje generacije
Medtem ko slika VLT v optični svetlobi, ALMA vidi oddaljene galaksije v infrardečih in radijskih valovnih dolžinah. Te valovne dolžine so koristne za opazovanje struktur, ki ne bi bile vidne v optičnih valovnih dolžinah, kot je hladen plin. Vendar obstaja pomanjkljivost. Optične valovne dolžine lahko običajno zagotovijo boljšo ločljivost za slikanje, kar ustvarja kompromis med vidnostjo in ločljivostjo. Impresiven dosežek te pobude je, da so te nove slike ALMA dosegle ločljivost v infrardeči in radijski zvezi, ki je blizu optičnih ločljivosti. Slike so dodatno izboljšane z dodajanjem optičnih ločljivosti VLT in podatkov iz vesoljskega teleskopa Hubble v druge slike.
Podatki NGC 4254 ALMA (oranžna/rdeča) hladnih GMC oblakov, naloženih na podatke vesoljskega teleskopa Hubble,
Zasluge: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / PHANGS, S. Dagnello (NRAO) izvirna slika
Mozaik detekcije zvezdnega vrtca ALMA v kombinaciji s podatki vesoljskega teleskopa Hubble. Slike prikazujejo raznolikost oblakov, ki tvorijo zvezde GMC iz bližnjega vesolja. c. ALMA (ESO/NAOJ?NRAO)/PHANGS, S. Dangnello (NRAO)
Količina podrobnosti je osupljiva. To niso posamezne fotografije vsake galaksije, temveč mozaiki. Za primerjavo, Observatorij Trottier kjer delam, bi lahko prikazal Andromedo, veliko bližjo galaksijo z 2,4 milijona svetlobnih let, v mozaiku s šestimi fotografijami. Vsaka galaksija, posneta v projektu PHANGS-ALMA, kljub temu, da je od nas oddaljena več deset milijonov svetlobnih let, je mozaik, sestavljen iz do DVESTO slik posameznikov. Postopek slikanja vseh 90 galaksij na tej stopnji podrobnosti je trajal skupno 6 let, kar je povzročilo nov atlas zvezdnih drevesnic – naslednja generacija zvezd, ki se rojeva v vesolju.
Kako nastanejo zvezde? – Video Fraser Cain
Med 90 ciljnimi galaksijami je bilo posnetih 100.000 zvezdnih drevesnic. Ugotovitve kažejo, da lahko lokacija v galaksiji spremeni naravo nastajanja zvezd. Oblaki v osrednjih območjih galaksije so masivnejši, gostejši in turbulentnejši od tistih, ki ležijo v daljnih delih galaktičnega diska. Hitrost, s katero oblaki tvorijo zvezde, in posledično končno razpršitev oblaka s temi novimi zvezdami, ki odpihnejo plin, se zdi, da se razlikujeta glede na to, kje oblak prebiva v domači galaksiji.
Atacma Large Millimeter/submilimeter Array (ALMA) z dramatičnim meteorjem nad glavo.
c. TO/ C. Malin
Skupni pogled
Oprema, potrebna za zajemanje teh slik, je močna in sama po sebi precej slikovita. Namesto enega velikega teleskopa, DUŠA je nabor 66 jedi, ki se razprostirajo po planoti Chajnantor v puščavi Atacama v Čilu. Signali, ki jih zbere niz, se učinkovito združijo in ustvarijo eno velikansko posodo. Posamezne jedi je možno tudi prerazporediti glede na potrebe določenega projekta. The Zelo velik teleskop , ki se nahaja tudi v Atacami, je sestavljen iz štirih teleskopov, dva z 8,2 m ogledali in dva manjša 1,8 m ogledala. Tako kot ALMA, teleskopi delujejo usklajeno in učinkovito ustvarjajo en večji teleskop.
Teleskop 'Yepun', eden od 4 teleskopov VLT, ki jih vidimo tukaj, ki streljajo prilagodljiva optika laser v nebo, ki kompenzira popačenje atmosfere in ustvari ostrejšo sliko. c. ESO/ Y. Beletsky
Čeprav so to najbolj podrobne slike te vrste, je ločljivost, ki jo doseže PHANGS-ALMA, še vedno komaj na pragu, ki je potreben za slikanje posameznih GMC v ciljnih galaksijah. Vendar zdaj, ko so bila ta območja nastajanja zvezd preslikana, bodo prihodnji teleskopi, kot je kmalu izstreljeni Vesoljski teleskop James Webb in Izjemno velik teleskop (naslednji po boUltraPredvidevam, da bo velika) bo lahko ponovno obiskal te GMC-je z dovolj ločljivosti za ogledznotrajoblaki sami zagotavljajo še več vpogleda v nastajanje zvezd.
Kozmični izvor
Nekoč sva bila del velikanskega molekularnega oblaka ti in jaz. Vse, kar je sestavljeno iz tvojega telesa, računalnika, na katerem to bereš, in planeta, ki ga živimo, se je začelo iz ogromnega oblaka zvezdnega prahu. Prihodnost teleskopskega raziskovanja vesolja je tako vabljiva. James Webb ne bo imel le zmožnosti preučevanja nastajanja zvezd v bližnjih galaksijah, ampak bo slikal nekatere od prvih zvezd, ki so se kdaj rodile v vesolju. Glavno ogledalo ELT bo premera 39 metrov! Njegova obdaja kupola v velikosti nogometnega igrišča. Smo na prepadu pogledov na vesolje, za razliko od tega, kar smo kdaj videli, in na koncu novega razumevanja lastnega izvora v kozmosu.
Slika značilnosti:Slika galaksije NGC 3627, ki se nahaja v ozvezdju LEV. Zlati plinski sij ustreza oblakom ioniziranega vodika, modrikasta področja pa razkrivajo porazdelitev nekoliko starejših zvezd. Zasluge: ESO/PHANGS
Sledi Mateju naprej Instagram in Twitter za več zgodb iz SPAAAACE!
Več za raziskovanje:
Galaktični ognjemet: nove slike ESO razkrivajo osupljive značilnosti bližnjih galaksij | ESO (Predstavlja izvirne slike)
[2104.07739] PHANGS-ALMA: slikanje bližnjih galaksij, ki tvorijo zvezde (arxiv.org) z ločno sekundo CO(2-1) (Izvirni raziskovalni dokument odprtega dostopa)
PHANGS-HST | IPAC (caltech.edu)
Vesolje v nastajanju. Hubble vidi 6 primerov združevanja galaksij – Vesolje danes
Atacama veliko milimetrsko/submilimetrsko polje | ALMA (almaobservatory.org)
Zmogljiv nov laser bo izboljšal prilagodljivo optiko – Vesolje danes