Lần đầu tiên, các nhà thiên văn học đã có thể kết hợp các hình ảnh quang học sâu nhất của vũ trụ, thu được từ Kính viễn vọng Không gian Hubble, với các hình ảnh sắc nét không kém trong phần cận hồng ngoại của quang phổ sử dụng hệ thống sao dẫn laser mới tinh vi cho quang học thích nghi tại Đài thiên văn WM Keck ở Hawaii. Các quan sát mới, được trình bày tại cuộc họp của Hiệp hội Thiên văn học Mỹ (AAS) ở San Diego tuần này, cho thấy các chi tiết chưa từng có của các thiên hà va chạm với các lỗ đen khổng lồ ở lõi của chúng, nhìn thấy ở khoảng cách khoảng 5 tỷ năm ánh sáng, khi vũ trụ đang ở chỉ hơn một nửa tuổi hiện tại của nó.
Quan sát các thiên hà xa xôi trong phạm vi hồng ngoại cho thấy các quần thể sao cũ hơn có thể nhìn thấy ở bước sóng quang và ánh sáng hồng ngoại cũng xuyên qua các đám mây bụi liên sao dễ dàng hơn ánh sáng quang học. Hình ảnh hồng ngoại mới của các thiên hà xa xôi được thu thập bởi một nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học California, Santa Cruz, UCLA và Đài thiên văn W. Keck. Jason Melbourne, một sinh viên tốt nghiệp tại UC Santa Cruz và là tác giả chính của nghiên cứu, cho biết những phát hiện ban đầu bao gồm một số bất ngờ và các nhà nghiên cứu sẽ tiếp tục phân tích dữ liệu trong những tuần tới.
Trước đây, chúng tôi chưa bao giờ có thể đạt được mức độ phân giải không gian này trong vùng hồng ngoại trước đó.
Ngoài Melbourne, nhóm nghiên cứu, dẫn đầu bởi David Koo của UCSC và James Larkin của UCLA, bao gồm Jennifer Lotz, Claire Max và Jerry Nelson tại UCSC; Shelley Wright và Matthew Barczys tại UCLA; và Antonin H. Bouchez, Jason Chin, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Paul J. Stomski, Douglas Summers, Marcos A. van Dam và Peter L. Wizinowich tại Đài thiên văn Keck.
Lần đầu tiên trong những hình ảnh sâu thẳm này của vũ trụ, chúng ta có thể bao quát tất cả các bước sóng ánh sáng từ quang đến hồng ngoại với cùng một độ phân giải không gian. Điều này cho phép chúng ta quan sát các cấu trúc chi tiết trong các thiên hà xa xôi và nghiên cứu các ngôi sao cấu thành của chúng với độ chính xác mà chúng ta không thể có được, nếu không, Koo, giáo sư thiên văn học và vật lý thiên văn tại UCSC cho biết.
Những hình ảnh được chụp bởi Wright và nhóm Keck AO trong quá trình thử nghiệm hệ thống quang học thích nghi sao dẫn hướng laser trên Kính viễn vọng Keck II dài 10 mét. Chúng là những hình ảnh chất lượng khoa học đầu tiên về các thiên hà xa xôi thu được với hệ thống mới. Điều này đánh dấu một bước tiến lớn cho Trung tâm Khảo sát Kho bạc thích ứng (CATS), sẽ sử dụng quang học thích nghi để quan sát một mẫu lớn các thiên hà mờ nhạt, xa xôi trong vũ trụ sơ khai, UCLA Larkin nói.
Họ đã làm việc rất chăm chỉ trong nhiều năm để lấy dữ liệu xung quanh những ngôi sao sáng. Nhưng chúng tôi đã rất hạn chế về số lượng và loại đối tượng mà chúng tôi có thể quan sát. Chỉ với tia laser, giờ chúng ta mới có thể đạt được những mục tiêu phong phú và thú vị nhất. Larkin nói.
Quang học thích ứng (AO) điều chỉnh hiệu ứng làm mờ của khí quyển, làm suy giảm nghiêm trọng hình ảnh nhìn thấy bằng kính viễn vọng trên mặt đất. Một hệ thống AO đo chính xác độ mờ này và hiệu chỉnh hình ảnh bằng gương biến dạng, áp dụng hiệu chỉnh hàng trăm lần mỗi giây. Để đo độ mờ, AO yêu cầu nguồn sáng điểm trong trường quan sát của kính viễn vọng, có thể được tạo ra một cách nhân tạo bằng cách sử dụng tia laser để kích thích các nguyên tử natri trong bầu khí quyển phía trên, khiến chúng phát sáng. Không có một ngôi sao dẫn đường bằng laser như vậy, các nhà thiên văn học đã phải dựa vào các ngôi sao sáng (ngôi sao dẫn đường tự nhiên Ngôi sao), điều này hạn chế đáng kể nơi AO có thể được sử dụng trên bầu trời. Hơn nữa, các ngôi sao dẫn đường tự nhiên quá sáng để cho phép quan sát các thiên hà rất mờ, xa trong cùng một phần của bầu trời, Koo nói.
Sự xuất hiện của ngôi sao dẫn đường laser tại Keck đã mở ra bầu trời cho các quan sát quang học thích nghi và giờ đây chúng ta có thể sử dụng Keck để tập trung vào những trường mà chúng ta đã có những hình ảnh quang học sâu, tuyệt vời từ Kính viễn vọng Không gian Hubble, K Koo nói.
Do đường kính của gương Kính viễn vọng Keck lớn hơn bốn lần so với Hubble, nó có thể thu được hình ảnh sắc nét gấp bốn lần so với Hubble trong vùng hồng ngoại gần mà hệ thống quang học thích nghi sao dẫn hướng laser có sẵn để khắc phục các hiệu ứng làm mờ của bầu khí quyển.
Các hình ảnh được trình bày tại cuộc họp AAS đã thu được ở một khu vực trên bầu trời được gọi là lĩnh vực HÀNG HOÁ, nơi các quan sát sâu đã được Hubble, Đài quan sát tia X Chandra và các kính viễn vọng khác thực hiện. Có sáu thiên hà mờ nhạt trong các hình ảnh, bao gồm hai nguồn tia X được xác định bởi Chandra. Các phát xạ tia X, kết hợp với hình thái rối loạn của các đối tượng này, cho thấy hoạt động sáp nhập gần đây, Melbourne cho biết. Sáp nhập có thể đưa một lượng lớn vật chất vào trung tâm của một thiên hà và phát xạ tia X từ trung tâm thiên hà cho thấy sự hiện diện của một lỗ đen khổng lồ đang tích cực tiêu thụ vật chất.
Hiện tại, chúng tôi khá chắc chắn rằng chúng ta đang chứng kiến các thiên hà đã trải qua các vụ sáp nhập gần đây. Một trong những hệ thống này có một hạt nhân kép, vì vậy bạn thực sự có thể thấy hai hạt nhân của các thiên hà hợp nhất. Hệ thống khác rất khó điều khiển, nó trông giống như một con tàu đắm, và là một nguồn tia X mạnh hơn nhiều.
Ngoài việc thắp sáng hạt nhân thiên hà bằng phát xạ tia X, các vụ sáp nhập cũng có xu hướng kích hoạt sự hình thành của các ngôi sao mới bằng cách gây sốc và nén các đám mây khí. Vì vậy, các nhà nghiên cứu đã rất ngạc nhiên khi thấy rằng hệ thống có nhân đôi bị chi phối bởi các ngôi sao tương đối cũ và dường như không tạo ra nhiều ngôi sao trẻ.
Nếu chúng ta đúng về kịch bản sáp nhập, thì sự hợp nhất này xảy ra giữa hai thiên hà đã hình thành hầu hết các ngôi sao của chúng hàng tỷ năm trước và không còn nhiều khí để tạo ra những ngôi sao mới, ông Melbourne nói.
Nếu nghiên cứu bổ sung cho thấy những vật thể như vậy là phổ biến ngược thời gian, những quan sát này có thể giúp giải thích một trong những câu đố về sự hình thành thiên hà. Theo lý thuyết phổ biến về sự hình thành thiên hà phân cấp, các thiên hà lớn được xây dựng qua hàng tỷ năm thông qua sự hợp nhất giữa các thiên hà nhỏ hơn. Kể từ khi sáp nhập kích hoạt sự hình thành sao, thật khó để giải thích sự tồn tại của các thiên hà rất lớn thiếu quần thể sao trẻ đáng kể.
Một ý tưởng là bạn có thể có một cái gọi là sáp nhập khô, trong đó hai thiên hà đầy những ngôi sao cũ nhưng ít khí hợp nhất mà không tạo thành nhiều ngôi sao mới. Những gì chúng ta đang thấy ở đối tượng này phù hợp với một sự hợp nhất khô khan, Melbourne Melbourne nói. Ngay cả khi sáp nhập khô, vẫn có thể có đủ khí để nuôi lỗ đen, tạo ra phát xạ tia X, nhưng không đủ để tạo ra sự bùng nổ mạnh mẽ của sự hình thành sao.
Các quan sát sâu hơn ở bước sóng trung bình đến hồng ngoại xa, dự kiến vào cuối năm nay từ Kính thiên văn vũ trụ Spitzer, có thể giúp xác nhận điều này. Dữ liệu Spitzer sẽ cung cấp một dấu hiệu tốt hơn về hàm lượng bụi của thiên hà, một biến số quan trọng trong việc diễn giải những quan sát này, Melbourne cho biết.
Hệ thống quang học thích ứng sao dẫn hướng laser được tài trợ bởi Quỹ W. Keck. Hệ thống sao dẫn hướng laser nhân tạo được phát triển và tích hợp trong sự hợp tác giữa Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore và W. Laser được tích hợp tại Keck với sự giúp đỡ của Dee Pennington, Curtis Brown và Pam Danforth. Camera cận hồng ngoại NIRC2 được phát triển bởi Viện Công nghệ California, UCLA và Đài thiên văn Keck. Đài thiên văn Keck được vận hành như một sự hợp tác khoa học giữa CalTech, Đại học California và Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia.
Công trình này đã được hỗ trợ bởi Trung tâm Quang học Thích ứng, Trung tâm Khoa học và Công nghệ Khoa học Quốc gia do UC Santa Cruz quản lý.
Nguồn gốc: Keck News phát hành
