Voor het eerst hebben astronomen de diepste optische beelden van het heelal, verkregen door de Hubble-ruimtetelescoop, kunnen combineren met even scherpe beelden in het nabij-infrarode deel van het spectrum met behulp van een geavanceerd nieuw lasergeleid sterrensysteem voor adaptieve optica bij het WM Keck Observatorium in Hawaï. De nieuwe waarnemingen, die deze week werden gepresenteerd op de bijeenkomst van de American Astronomical Society (AAS) in San Diego, onthullen ongekende details van botsende sterrenstelsels met enorme zwarte gaten in hun kernen, gezien op een afstand van ongeveer 5 miljard lichtjaar, toen het heelal iets meer dan de helft van zijn huidige leeftijd.
Het waarnemen van verre sterrenstelsels in het infraroodbereik onthult oudere populaties van sterren dan te zien zijn bij optische golflengten, en infrarood licht dringt ook gemakkelijker door wolken van interstellair stof dan optisch licht. De nieuwe infraroodbeelden van verre sterrenstelsels zijn verkregen door een team van onderzoekers van de University of California, Santa Cruz, UCLA en het W. Keck Observatory. Jason Melbourne, een afgestudeerde student aan UC Santa Cruz en hoofdauteur van de studie, zei dat de eerste bevindingen enkele verrassingen bevatten en dat onderzoekers de gegevens de komende weken zullen blijven analyseren.
"We hebben dit niveau van ruimtelijke resolutie nooit eerder in het infrarood kunnen bereiken," zei Melbourne.
Naast Melbourne omvat het onderzoeksteam, onder leiding van David Koo van UCSC en James Larkin van UCLA, Jennifer Lotz, Claire Max en Jerry Nelson bij UCSC; Shelley Wright en Matthew Barczys aan de UCLA; en Antonin H. Bouchez, Jason Chin, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Paul J. Stomski, Douglas Summers, Marcos A. van Dam en Peter L. Wizinowich bij Keck Observatory.
“Voor het eerst in deze diepe beelden van het heelal kunnen we alle lichtgolflengten van optisch tot infrarood met dezelfde ruimtelijke resolutie dekken. Dit stelt ons in staat om gedetailleerde substructuren in verre sterrenstelsels te observeren en hun samenstellende sterren te bestuderen met een precisie die we anders onmogelijk zouden kunnen verkrijgen '', zegt Koo, een professor in astronomie en astrofysica aan UCSC.
De beelden zijn verkregen door Wright en het Keck AO-team tijdens het testen van het lasergeleidende steradaptieve optische systeem op de 10 meter lange Keck II-telescoop. Het zijn de eerste beelden van wetenschappelijke kwaliteit van verre sterrenstelsels die met het nieuwe systeem zijn verkregen. Dit is een belangrijke stap voor het Center for Adaptive Optics Treasury Survey (CATS), dat adaptieve optica zal gebruiken om een groot aantal zwakke, verre sterrenstelsels in het vroege universum te observeren, zei Larkin van UCLA.
"We hebben jarenlang hard gewerkt aan het verzamelen van gegevens rond heldere sterren. Maar we zijn erg beperkt in het aantal en de soorten objecten die we kunnen observeren. Alleen met de laser kunnen we nu de rijkste en meest opwindende doelen bereiken. ” Zei Larkin.
Adaptive optics (AO) corrigeert voor het vervagingseffect van de atmosfeer, wat de beelden die door telescopen op de grond worden gezien ernstig verslechtert. Een AO-systeem meet deze vervaging nauwkeurig en corrigeert het beeld met behulp van een vervormbare spiegel, waarbij honderden keren per seconde correcties worden toegepast. Om de vervaging te meten, heeft AO een heldere lichtbron in het gezichtsveld van de telescoop nodig, die kunstmatig kan worden gecreëerd door een laser te gebruiken om natriumatomen in de bovenste atmosfeer op te wekken, waardoor ze gaan gloeien. Zonder zo'n lasergeleide ster moesten astronomen vertrouwen op heldere sterren ("natuurlijke gidssterren"), die drastisch beperken waar AO in de lucht kan worden gebruikt. Bovendien zijn natuurlijke gidssterren te helder om waarnemingen van zeer zwakke, verre sterrenstelsels in hetzelfde deel van de hemel mogelijk te maken, zei Koo.
"De komst van de laser-gidsster bij Keck heeft de hemel geopend voor adaptieve optische waarnemingen, en we kunnen Keck nu gebruiken om ons te concentreren op die velden waar we al prachtige, diepe optische beelden van de Hubble-ruimtetelescoop hebben," zei Koo.
Omdat de diameter van de spiegel van de Keck-telescoop vier keer zo groot is als die van Hubble, kan hij in het nabije infrarood vier keer zo scherp zijn als Hubble nu het lasergeleidende ster-adaptieve optische systeem beschikbaar is om de vervagingseffecten van de atmosfeer te ondervangen.
De beelden die op de AAS-bijeenkomst werden gepresenteerd, werden verkregen in een gebied van de hemel dat bekend staat als het GOODS-South-veld, waar al diepe waarnemingen zijn gedaan door Hubble, de Chandra X-ray Observatory en andere telescopen. De afbeeldingen bevatten zes zwakke sterrenstelsels, waaronder twee door Chandra geïdentificeerde röntgenbronnen. De röntgenstraling, gecombineerd met de ongeordende morfologie van deze objecten, suggereerde recente fusie-activiteiten, zei Melbourne. Fusies kunnen grote hoeveelheden materie naar het centrum van een sterrenstelsel leiden, en röntgenstraling van het galactische centrum duidt op de aanwezigheid van een enorm zwart gat dat actief materie consumeert.
'We zijn er nu vrij zeker van dat we sterrenstelsels zien die recentelijk zijn gefuseerd', zei Melbourne. 'Een van deze systemen heeft een dubbele kern, dus je kunt eigenlijk de twee kernen van de samenvoegende sterrenstelsels zien. Het andere systeem is zeer ongeordend - het lijkt op een treinwrak - en is een veel sterkere röntgenbron. '
Naast het verlichten van de galactische kern met röntgenemissies, hebben fusies ook de neiging om de vorming van nieuwe sterren te veroorzaken door gaswolken te schokken en samen te drukken. De onderzoekers waren dan ook verrast toen ze ontdekten dat het systeem met een dubbele kern wordt gedomineerd door relatief oude sterren en niet veel jonge sterren lijkt te produceren.
"Als we gelijk hebben over het fusiescenario, dan vindt deze fusie plaats tussen twee sterrenstelsels die miljarden jaren geleden al de meeste van hun sterren hadden gevormd en niet veel gas over hadden om nieuwe sterren te maken," zei Melbourne.
Als uit aanvullend onderzoek blijkt dat dergelijke objecten verder terug in de tijd veel voorkomen, kunnen deze waarnemingen een van de puzzels van de vorming van sterrenstelsels helpen verklaren. Volgens de heersende theorie van de vorming van hiërarchische sterrenstelsels worden grote sterrenstelsels in miljarden jaren opgebouwd door fusies tussen kleinere sterrenstelsels. Aangezien fusies stervorming veroorzaken, is het moeilijk om het bestaan van zeer grote sterrenstelsels te verklaren die geen significante populaties jonge sterren hebben.
'Een idee is dat je een zogenaamde droge fusie kunt hebben, waarbij twee sterrenstelsels vol oude sterren maar weinig gas samensmelten zonder veel nieuwe sterren te vormen. Wat we in dit object zien, komt overeen met een droge fusie, 'zei Melbourne. "Zelfs bij een droge fusie kan er nog steeds genoeg gas zijn om het zwarte gat te voeden, waardoor röntgenstraling wordt geproduceerd, maar niet genoeg om een sterke uitbarsting van stervorming te veroorzaken."
Verdere waarnemingen bij midden- tot ver-infrarode golflengten, die later dit jaar worden verwacht van de Spitzer-ruimtetelescoop, kunnen dit helpen bevestigen. De Spitzer-gegevens zullen een betere indicatie geven van het stofgehalte van de melkweg, een cruciale variabele bij het interpreteren van deze waarnemingen, zei Melbourne.
Het lasergeleidende ster adaptieve optieksysteem werd gefinancierd door de W. Keck Foundation. Het kunstmatige lasergeleidersysteem is ontwikkeld en geïntegreerd in een samenwerking tussen het Lawrence Livermore National Laboratory en de W. De laser werd geïntegreerd in Keck met de hulp van Dee Pennington, Curtis Brown en Pam Danforth. De NIRC2 nabij-infraroodcamera is ontwikkeld door het California Institute of Technology, UCLA en het Keck Observatory. De Keck Observatory wordt beheerd als een wetenschappelijk partnerschap tussen CalTech, de University of California en de National Aeronautics and Space Administration.
Dit werk is ondersteund door het Center for Adaptive Optics, een wetenschappelijk en technologisch centrum van de National Science Foundation, beheerd door UC Santa Cruz.
Oorspronkelijke bron: Keck News Release
