Dzięki soczewce grawitacyjnej, zwiększającej jasność odległej galaktyki, astronomom udało się zajrzeć w serce obszaru, w którym we wczesnym Wszechświecie rodziły się gwiazdy. Było to zaledwie 2 miliardy lat po Wielkim Wybuchu.
„To najbardziej szczegółowe badania wczesnej galaktyki” – powiedział Mark Swinbank z Durham University. „Patrzymy wstecz w czasie aż do epoki bardzo młodego Wszechświata„.
Odległa galaktyka znajduje się 11 miliardów lat świetlnych od Ziemi i zwana jest Kosmicznym Okiem. Swoją nazwę zawdzięcza innej galaktyce, która znajduje się 2,2 miliarda lat świetlnych od nas, dokładnie w środku łuków tworzonych przez światło odleglejszego obiektu. Światło to biegnąc w pobliży bliższej galaktyki ulega zakrzywieniu na skutek zjawiska soczewkowania grawitacyjnego. Powoduje ono zwiększenie jasności obiektu. Pierwsze obserwacje Kosmicznego Oka przeprowadzone zostały przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Później obserwował je również dziesięciometrowy Teleskop Kecka na Hawajach, wykorzystując przy tym usuwającą drgania ziemskiej atmosfery technikę optyki adaptatywnej.
Dzięki połączeniu teleskopu i soczewki grawitacyjnej udało się dokładnie zbadać ten odległy układ gwiazd. Uczeni wyznaczyli wewnętrzny rozkład prędkości w galaktyce i porównali go z podobnymi danymi z galaktyk istniejących obecnie, takich jak Droga Mleczna. To kolejny krok do poznania procesów ewolucji galaktyk.
„Grawitacja zafundowała nam dodatkowe powiększenie obrazu i pozwoliła zbadać w odległej galaktyce obszary o rozmiarach zaledwie kilkuset lat świetlnych” – powiedział kierujący badaniami Dan Stark z Caltech. „To dziesięć razy dokładniej niż dotychczas. Dzięki temu po raz pierwszy zobaczyliśmy jak typowych rozmiarów młoda galaktyka obraca się i powoli ewoluuje w galaktykę spiralną, taką jak nasza Droga Mleczna„.
Schemat przedstawiający rotację „Kosmicznego Oka” sporządzony po usunięciu zniekształceń wnoszonych przez soczewkę grawitacyjną. Niebieski obszar porusza się w kierunku obserwatora, czerwony – oddala się od niego. Kolor zielony to centrum galaktyki. Sposób obracania się tego obiektu wskazuje, że rozpoczął on ewolucję w kierunku typowej galaktyki spiralnej.
Kluczowe obserwacje spektroskopowe zostały wykonane za pomocą instrumentu OSIRIS na Teleskopie Kecka. Połączono je z danymi zebranymi na falach milimetrowych przez Plateau de Bure Interferometer w Alpach Francuskich (pomiary te umożliwiają badanie rozłożenia chłodnego gazu zapadającego się i tworzącego nowe gwiazdy).
„Chłodny gaz śledzony przez nasze milimetrowe odtwarza ruchy młodych gwiazd zaobserwowane przez Kecka” – powiedział Swinbank. „Rozkład gazu, który widzimy z doskonałą rozdzielczością wskazuje, że jesteśmy świadkami stopniowego budowania spiralnego dysku z jądrem w centrum„.
Badania pokazują jak ważne dla osiągnięcia postępu w astronomii pozagalaktycznej jest uzyskiwanie coraz większych zdolności rozdzielczych. Są też przedsmakiem tego, co będzie nam dane, kiedy ruszą planowane projekty European Extremely Large Telescope (E-ELT) i Thirty Metre Telescope (TMT). Powinny one zostać ukończone w drugiej połowie przyszłej dekady. TMT będzie rejestrować obrazy ze zdolnością rozdzielczą trzy razy wyższą niż Keck i 12 razy wyższą niż Kosmiczny Teleskop Hubble’a.
Zdjęć wykonanych na falach milimetrowych dostarczać będzie interferometr Atacama Large Millimeter Array (ALMA), którego budowa jest już na ukończeniu.
„Przez dziesiątki lat astronomowie budowali coraz większe teleskopy, uważając że ilość zbieranego światła jest podstawowym parametrem świadczącym o jakości sprzętu” – twierdzi Richard Ellis, współautor referowanej pracy, która ukazała się w „Nature” i członek komitetu doradczego do spraw TMT. „Jednak optyka adaptatywna i interferometria ukazuje astronomom zalety uzyskiwania coraz większej rozdzielczości. Połączenie obu cech teleskopu jest niezwykle skuteczne w badaniu procesów, które zachodziły, gdy Wszechświat był młody. Z niecierpliwością czekamy na wyniki, które uzyskiwać będą TMT i ALMA„.
