Ця стаття - гостьова публікація Анни Хо, яка зараз займається дослідженнями зірок у Чумацькому Шляху через однорічну стипендію Фулбрайта в Інституті астрономії Макса Планка (МДІА) у Гейдельберзі, Німеччина.
У Чумацькому Шляху щороку народжується в середньому сім нових зірок. У далекій галактиці GN20 щороку народжується дивовижна середня кількість 1850 нових зірок. «Як, - запитаєте ви, обурені від імені нашого галактичного дому, - чи GN20 управляє 1850 новими зірками за той час, як потрібен Чумацький Шлях, щоб зняти його?»
Щоб відповісти на це, ми в ідеалі детально подивимося на зоряні розплідники в GN20 та детально подивимось на зоряні розплідники в Чумацькому Шляху і побачимо, що робить перші такі набагато більш продуктивними, ніж другі.
Але GN20 просто занадто далеко для детального огляду.
Ця галактика настільки віддалена, що її світлу знадобилося дванадцять мільярдів років, щоб досягти наших телескопів. Для довідки, самій Землі лише 4,5 мільярда років, а самому Всесвіту вважається близько 14 мільярдів років. Оскільки світло потребує часу для подорожі, погляд у космос означає огляд назад у часі, тому GN20 - це не лише далека, але й дуже давня галактика. І до недавнього часу бачення астрономів цих далеких, стародавніх галактик було розмитим.
Поміркуйте, що відбувається, коли ви намагаєтеся завантажити відео з повільним підключенням до Інтернету або коли ви завантажуєте зображення з низькою роздільною здатністю, а потім розтягніть його. Зображення піксельне. Те, що колись обличчя людини, стає декількома квадратами: кілька коричневих квадратів для волосся, кілька рожевих квадратів для обличчя. Малюнок низької чіткості унеможливлює бачити деталі: очі, ніс, вираз обличчя.
На обличчі багато деталей, а в галактиці багато різноманітних зоряних розплідників. Але погана роздільна здатність, результат просто того, що стародавні галактики, такі як GN20, відокремлені від наших телескопів величезними космічними відстанями, змусили астрономів розмити всю цю багату інформацію в одну точку.
Тут зовсім інша ситуація вдома на Чумацькому Шляху. Астрономи змогли зазирнути глибоко в зоряні розплідники і засвідчити зоряне народження з приголомшливими деталями. У 2006 році космічний телескоп Хаббл здійснив цей безпрецедентно детальний знімок зоряного народження в самому центрі туманності Оріона, одного з найвідоміших зоряних розплідників Чумацького Шляху:
На цьому зображенні понад 3000 зірок: Сяючі точки - це новонароджені зірки, що нещодавно з’явилися з їх коконів. Зоряні кокони виготовлені з газу: тисячі цих газових коконів сидять в величезних космічних розсадниках, багатих газом і пилом. Центральна область цього зображення Хаббла, оточена тим, що виглядає як міхур, настільки чітка і яскрава, оскільки масивні зірки всередині видували пил і газ, з якого вони були вироблені. Величні зоряні розплідники розкидані по всьому Чумацькому Шляху, і астрономи дуже успішно розкривали їх, щоб зрозуміти, як створюються зірки.
Спостереження за розплідниками як вдома, так і у відносно сусідніх галактиках дало змогу астрономам зробити великий стрибок у розумінні зоряного народження в цілому: і, зокрема, те, що робить один розплідник чи один зорі утворення зірок «кращим» у створенні зірок, ніж інший. Відповідь, здається, така: скільки газу в певному регіоні. Більше газу, швидша швидкість народження зірки. Ця залежність між щільністю газу та швидкістю зоряного народження називається законом Кеннікутта-Шмідта. У 1959 році голландський астроном Маартен Шмідт поставив питання про те, як саме збільшення щільності газу впливає на народження зірки, і через сорок років, як ілюстрацію того, як наукові діалоги можуть тривати десятиліттями, його американський колега Роберт Кеннікутт використовував дані 97 галактик, щоб відповісти на нього .
Розуміння закону Кеннікутта-Шмідта має вирішальне значення для визначення того, як формуються зірки і навіть як розвиваються галактики. Основне питання - чи існує одне правило, яке регулює всі галактики, чи одне правило керує нашим галактичним сусідством, але інше правило регулює віддалені галактики. Зокрема, сімейство далеких галактик, відомих як "галактики зіркових вибухів", схоже, містить особливо продуктивні розплідники. Розсікання цих віддалених, високоефективних зоряних заводів означало б зондування галактик, як це було раніше, біля початку Всесвіту.
Введіть GN20. GN20 - одна з найяскравіших, найпродуктивніших з цих галактик зіркових вибухів. Раніше пікселізована крапка на зображеннях астрономів GN20 стала прикладом трансформації технологічних можливостей.
У грудні 2014 року міжнародна команда астрономів на чолі з доктором Жаклін Ходж з Національної обсерваторії радіоастрономії у США та у складі астрономів з Німеччини, Великобританії, Франції та Австрії змогла побудувати безпрецедентно детальну картину зоряні розплідники в GN20. Їх результати були опубліковані на початку цього року.
Ключовою є методика, яка називається інтерферометрією: спостереження за одним об’єктом з багатьма телескопами та об'єднання інформації з усіх телескопів для побудови одного детального зображення. Команда доктора Ходже використовувала деякі найскладніші інтерферометри в світі: дуже великий масив Карла Г. Янського в пустелі Нью-Мексико та інтерферометр Плато де Буре (PdBI) на відстані 2550 метрів (8370 футів) над морем рівень у Французьких Альпах.
За допомогою даних цих інтерферометрів, а також космічного телескопа Хаббла вони перетворили те, що було однією крапкою, у наступне складене зображення:
Це помилкове кольорове зображення, і кожен колір означає інший компонент галактики. Синій - ультрафіолетове світло, захоплене космічним телескопом Хаббл. Зелений - це холодний молекулярний газ, зображений VLA. А червоний - це теплий пил, нагрівається зірковим утворенням, яке воно оповите, виявлене PdBI.
Роз'єднання одного пікселя на багато людей дозволило команді визначити, що розплідники в галактиці зіркових вибухів, як GN20, принципово відрізняються від таких у «звичайній» галактиці, як Чумацький Шлях. Враховуючи таку ж кількість газу, GN20 може вивернути на порядок більше зірок, ніж Чумацький Шлях. Це не просто більше сировини: вона більш ефективна в моді зірок, які виходять з неї.
На даний момент подібне дослідження є унікальним для крайнього випадку GN20. Однак це буде більш часто зустрічатися з інтерферометрами нового покоління, такими як великий міліметровий / субміліметровий масив Atacama (ALMA).
Розташований 5000 метрів (16000 футів) високо в чилійських Андах, ALMA готовий трансформувати розуміння астрономами зоряного народження. Сучасні телескопи дозволяють астрономам робити таку детальну науку з далекими галактиками - стародавніми галактиками з раннього Всесвіту - що колись вважалося можливим лише для нашого місцевого сусідства. Це має вирішальне значення в наукових пошуках універсальних фізичних законів, оскільки астрономи можуть перевірити свої теорії за межами нашого сусідства, поза космосом і назад у часі.
