ALMA исследует сверхглубокое поле

Международная группа астрономов, работающая с Атакамским Большим миллиметровым/субмиллиметровым антенным массивом ALMA, исследовала далекий уголок Вселенной, который впервые был запечатлен на снимках Сверхглубокого поля Хаббла (Hubble Ultra Deep Field — HUDF) в 2003-2004 гг. Новые наблюдения, в значительной мере более глубокие и детальные по сравнению с предыдущими исследованиями на миллиметровых волнах, продемонстрировали невиданное обилие межзвездного газа в ранней Вселенной. Полученные результаты позволят по-новому взглянуть на «золотой век» формирования галактик примерно 10 млрд лет назад.

Изображение, полученное путем комбинации части снимка сверхглубокого поля HUDF (синий цвет) с данными наблюдений массива ALMA (оранжевый цвет, главным образом демонстрирующий галактики, богатые окисью углерода).

С помощью радиотелескопов массива ALMA ученые произвели обзор на первый взгляд «пустой» области пространства в режиме так называемого «слепого поиска» (blind search). Этот тип наблюдений определенного участка неба призван обнаружить любые объекты, которые только могут встретиться на этом участке, без наведения на заранее заданную известную цель (отдельную галактику или область звездообразования). Основной задачей был поиск холодного газа в ранней Вселенной с одновременным определением его спектральных характеристик. Благодаря этому была выявлена популяция галактик, почти не проявлявшаяся в предыдущих глубоких обзорах неба.

Новые наблюдения были проведены с учетом возможного обнаружения галактик, богатых моноксидом углерода (угарным газом CO), являющимся молекулой-маркером, которая позволяет идентифицировать скопления молекулярного газа, подходящие для формирования звезд. Такие галактики действительно были обнаружены. Их дальнейшее изучение внесет значительный вклад в понимание истории звездообразования во Вселенной. Даже если в «резервуарах» молекулярного газа действительно могут образовываться звезды, они все равно остаются недоступными обсерватории Hubble. Поэтому новые данные ALMA существенно дополнят наши знания о формировании молодых галактик и эволюционных процессах в них.

Исследования поля HUDF антенным массивом ALMA предоставляют два различных, но взаимодополняющих массива данных. Первый из них формируется в ходе наблюдений континуума (непрерывного спектра) в двух диапазонах частот, где преобладает излучение теплой межзвездной пыли и областей звездообразования. Второй массив — результат обзора в отдельных спектральных линиях, дающий возможность исследовать холодный молекулярный газ, который является «сырьем» для формирования звезд.

Эта информация особенно ценна, поскольку позволяет установить, в какой степени свет от удаленных объектов претерпел красное смещение за счет расширения Вселенной и, соответственно, насколько далеко от нас находятся эти объекты (чем дальше — тем больше красное смещение). Обработав полученные данные, астрономы смогли построить трехмерную карту распределения звездообразующего газа, демонстрирующую его эволюцию с момента, отстоящего от Большого Взрыва на пару миллиардов лет, до настоящего времени.

Если рассматривать хронологию Вселенной в обратном направлении, можно сказать, что новые результаты говорят о быстром росте содержания галактического газа с уменьшением ее возраста. Этот тренд указывает на наличие пика интенсивности образования звезд, примерно совпадающего по времени с эпохой формирования большинства галактик, имевшей место около 10 млрд лет назад.