Исследователи используют галактику в качестве «космического телескопа» для изучения юной Вселенной

Уникальный новый инструмент в сочетании с мощным телескопом и небольшой помощью природы дал исследователям возможность заглянуть в галактические ясли в самом сердце молодой Вселенной.
После большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиардов лет назад, ранняя Вселенная была заполнена огромными облаками нейтрального диффузного газа, известными как затухающие Лайман-α системы, или DLA. Эти DLA служили галактическими яслями, так как содержащиеся в них газы медленно конденсировались, способствуя образованию звезд и галактик. Их можно наблюдать и сегодня, но это нелегко.
"Облака DLA являются ключом к пониманию того, как формируются галактики во Вселенной, но их обычно трудно наблюдать, поскольку облака слишком диффузны и сами не излучают свет", - говорит Ронгмон Бордолой, доцент физики в Университете штата Северная Каролина и соответствующий автор исследования.
В настоящее время астрофизики используют квазары - сверхмассивные черные дыры, излучающие свет, - в качестве "подсветки" для обнаружения облаков DLA. И хотя этот метод позволяет исследователям точно определить местоположение DLA, свет от квазаров действует только как маленькие шампуры через массивное облако, что затрудняет попытки измерить их общий размер и массу.
Но Бордолой и Джон О"Меара, главный научный сотрудник обсерватории У.М. Кека в Камуэле (Гавайи), нашли способ обойти эту проблему, используя гравитационно линзированную галактику и интегральную полевую спектроскопию для наблюдения двух DLA и галактик, находящихся внутри них, которые сформировались около 11 миллиардов лет назад, вскоре после большого взрыва.
"Гравитационно линзированные галактики - это галактики, которые кажутся вытянутыми и яркими", - говорит Бордолой. "Это происходит потому, что перед галактикой находится гравитационно массивная структура, которая искривляет свет, исходящий от нее, когда она движется к нам. В итоге мы смотрим на расширенную версию объекта - это как использование космического телескопа, который увеличивает масштаб и дает нам лучшую визуализацию".
"Преимущество этого двойное: Во-первых, фоновый объект вытянут по небу и яркий, поэтому легко снимать спектральные показания с разных частей объекта. Во-вторых, поскольку линзирование расширяет объект, можно исследовать очень малые масштабы. Например, если объект имеет размер в один световой год, мы можем изучать маленькие кусочки с очень высокой точностью".
Показания спектра позволяют астрофизикам "увидеть" элементы глубокого космоса, которые не видны невооруженным глазом, например, диффузные газообразные DLA и потенциальные галактики внутри них. Обычно сбор показаний - это долгий и кропотливый процесс. Но команда решила эту проблему, проведя интегральную полевую спектроскопию с помощью Keck Cosmic Web Imager.
Интегральная полевая спектроскопия позволила исследователям получить спектр в каждом отдельном пикселе на участке неба, на который она была направлена, что сделало спектроскопию протяженного объекта на небе очень эффективной. Это новшество в сочетании с вытянутой и яркой гравитационно линзированной галактикой позволило команде составить карту диффузного газа DLA на небе с высокой точностью. Благодаря этому методу исследователи смогли определить не только размер двух DLA, но и то, что обе они содержат галактики-хозяева.
"Я ждал этого сочетания почти всю свою карьеру: достаточно мощный телескоп и инструмент, и природа, которая дала нам немного удачи, чтобы изучить не одну, а две DLA новым богатым способом", - говорит О"Меара. "Здорово видеть, как наука воплощается в жизнь".
Кстати, DLA огромны. С диаметром более 17,4 килопарсеков они более чем на две трети превышают размер современной галактики Млечный Путь. Для сравнения, 13 миллиардов лет назад диаметр типичной галактики составлял менее 5 килопарсеков. Парсек составляет 3,26 световых года, а килопарсек - 1000 парсеков, поэтому свету потребуется около 56 723 лет, чтобы пройти через каждую DLA.
"Но для меня самое удивительное в наблюдаемых нами DLA то, что они не уникальны - они имеют сходство в структуре, в обеих обнаружены галактики-хозяева, а их массы указывают на то, что они содержат достаточно топлива для следующего поколения звездообразования", - говорит Бордолой. "С этой новой технологией в нашем распоряжении мы сможем глубже изучить, как формировались звезды в ранней Вселенной".
Работа опубликована в журнале Nature.....