MUSE zkoumá neprobádaná zákoutí Hubbleova ultrahlubohého pole

Astronomové dokončili dosud nejhlubší spektroskopickou přehlídku

Tým projektu MUSE HUDF Survey pod vedením Rolanda Bacona (Centre de recherche astrophysique de Lyon, CNRS/Université Claude Bernard Lyon 1/ENS de Lyon, France) využil přístroj MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) k pozorování oblasti známé jako Hubbleovo ultrahluboké pole (Ultra Deep Field, heic0406), což je jedno z nejdůkladněji prozkoumaných míst na jižní obloze v souhvězdí Pec (Fornax). Výsledkem provedených pozorování je nejpodrobnější spektroskopická přehlídka, jaká byla dosud provedena. Detailní informace byly získány pro celkem 1 600 vzdálených galaxií, což je desetkrát více objektů, než v tomto poli s obtížemi napozorovaly všechny dalekohledy na povrchu Země během celé poslední dekády.

Původní záběry pole HUDF publikované v roce 2004 představují pionýrská pozorování hlubokého vesmíru pomocí kosmického dalekohledu HST (NASA/ESA Hubble Space Telescope). Jejich dosah byl mnohem vyšší než u jakéhokoliv do té doby pořízeného snímku oblohy a umožnila tak odhalit plejádu galaxií z doby méně než miliardu let po Velkém třesku. Následně byla tato oblast mnohokrát opakovaně pozorována jak pomocí HST tak i dalšími dalekohledy, podařilo se tak získat do té doby nejhlubší pohled do vesmíru [1]. Navzdory zdánlivě nepřekonatelným pozorováním pomocí kosmického teleskopu HST objevil pozemní přístroj MUSE v této miniaturní části oblohy – mimo jiné – 72 galaxií, které na záběrech z HST vidět nebyly.

Roland Bacon pokračuje ve vyprávění: „MUSE dokáže něco, co HST neumí – je schopen rozdělit světlo každého bodu obrázku do základních barevných složek a získat jeho spektrum. To nám umožnuje měřit vzdálenost, barvu a jiné vlastnosti všech galaxií, které na snímku vidíme, včetně těch, které HST nezaznamenal.“

Data z MUSE přinášejí zcela nový pohled na slabé, velmi vzdálené galaxie, které pozorujeme tak, jak vypadaly asi před 13 miliardami let, tedy krátce po začátku vývoje samotného vesmíru. Pomocí MUSE vědci detekovali i galaxie stokrát slabší, než ty nalezené při předchozích přehlídkách. Doplnili tak další informace o již tak bohatě prozkoumané oblasti a prohloubili naše chápání vývoje galaxií během historie vesmíru.

Díky této přehlídce bylo objeveno 72 kandidátů na galaxie zářící pouze ve spektrální čáře Lyman-alfa (tzv. Lyman-alpha emitters) [2]. Současné teorie tvorby hvězd nedokáží plně vysvětlit vzhled těchto objektů, které zdánlivě září jen v jedné jediné barvě. Tyto neobvyklé galaxie jsou v datech MUSE dobře pozorovatelné právě proto, že MUSE rozkládá světlo do jednotlivých barevných komponent. Na běžných širokopásmových snímcích, jaké pořizuje třeba i HST, však zůstanou neviditelné.

„MUSE má jedinečnou schopnost vydolovat ze záběrů informace o galaxiích, které patří k nejmladším ve vesmíru, a to i v části oblohy, která už byla podrobena důkladnému zkoumání,“ vysvětluje Jarle Brinchmann (University of Leiden, Nizozemí; Institute of Astrophysics and Space Sciences, CAUP, Porto, Portugalsko) hlavní autor jednoho ze zmiňovaných vědeckých článků. „Dozvídáme se o těchto galaxiích informace, které lze získat pouze s pomocí spektroskopie – například údaje o chemickém složení nebo vnitřních pohybech. A přitom nemusíme pozorovat postupně jednu galaxii za druhou, ale data získáme najednou pro všechny objekty v zorném poli!“

Dalším důležitým objevem, který se podařilo učinit v rámci této studie, je systematická detekce zářivých vodíkových halo kolem galaxií v raném vesmíru. Častý výskyt těchto útvarů astronomům poskytuje nový způsob jak zkoumat přítok a odtok hmoty u mladých galaxií.

Zveřejněná série vědeckých článků mimo jiné nabízí mnohá další potenciální využití získaných dat, jako je třeba studium role slabých galaxií během období reionizace vesmíru (cosmic reionisation, které začalo asi 380 000 let po velkém třesku), analýza četnosti splývání galaxií v raném vesmíru, výzkum galaktických větrů, tvorby hvězd (star formation) nebo mapování pohybu hvězd v mladých galaxiích.

„Je zajímavé, že tato data byla pořízena přístrojem MUSE ještě před nedávným vylepšením, kdy do něj byl instalován zcela nový modul AOF (Adaptive Optics Facility) s adaptivní optikou. Instalace modulu po deseti letech práce astronomů a inženýrů nabízí možnost získat tímto přístrojem ještě lepší a detailnější výsledky v budoucnosti,“ uzavírá Roland Bacon [3].

Poznámky

[1] Hubbleovo ultrahluboké pole (HUDF) je jednou z nejpozorovanějších oblastí oblohy. Dodneška ji zkoumalo 13 přístrojů na 8 dalekohledech a to od rentgenové do radiové oblasti spektra [včetně radioteleskopu ALMA, jehož partnerem je i ESO (eso1633)].

[2] Elektrony se záporným elektrickým nábojem se pohybují kolem kladně nabitých atomových jader v přesně určených (tzv. kvantovaných) energetických úrovních. To znamená, že vázány v atomu se mohou vyskytovat jen v určitém energetickém stavu. Z jednoho stavu do druhého pak přecházejí získáním či ztrátou přesně určeného množství energie. Záření Lyman-alfa vzniká, když elektron ve vodíkovém atomu přeskočí z druhé na první (nejnižší) energetickou hladinu. Ztracená energie je vyzářena jako světlo s přesně danou vlnovou délkou v ultrafialové části spektra, kterou astronomové mohou pozorovat pomocí družic nebo (v případě objektů s velkým rudým posunem) dalekohledy na Zemi. Ve zmiňovaných datech, kde pozorované objekty mají rudý posuv z ~ 3 až 6.6, spadá záření čáry Lyman-alfa do viditelné či blízké infračervené oblasti spektra.

[3] Modul AOF (Adaptive Optics Facility) ve spojení s přístrojem MUSE odhalil předtím nerozlišitelné prstence okolo planetární mlhoviny IC 4406 (eso1724).

Další informace

Výzkum byl prezentován v deseti článcích publikovaných ve vědeckém časopise Astronomy & Astrophysics.

Složení týmu: Roland Bacon (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, Université de Lyon, Lyon, Francie), Hanae Inami (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, Université de Lyon, Lyon, Francie), Jarle Brinchmann (Leiden Observatory, Leiden, Nizozemí; Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Porto, Portugalsko), Michael Maseda (Leiden Observatory, Leiden, Nizozemí), Adrien Guerou (IRAP, CNRS, Université Toulouse III – Paul Sabatier, CNES, Université de Toulouse, Francie; ESO, Garching, Německo), A. B. Drake (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, Université de Lyon, Lyon, Francie), H. Finley (IRAP, Université de Toulouse, Toulouse, Francie), F. Leclercq (University of Lyon, Lyon, Francie), E. Ventou (IRAP, CNRS, Université Toulouse III – Paul Sabatier, CNES Université de Toulouse, Toulouse, Francie), T. Hashimoto (University of Lyon, Lyon, Francie), Simon Conseil (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon Université de Lyon, Lyon, Francie), David Mary (Laboratoire Lagrange, CNRS, Observatoire de la Côte d’Azur, Université de Nice, Nice, Francie), Martin Shepherd (University of Lyon, Lyon, Francie), Mohammad Akhlaghi (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon Université de Lyon, Lyon, Francie), Peter M. Weilbacher (Leibniz-Institut für Astrophysik Postdam, Postdam, Německo), Laure Piqueras (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon Université de Lyon, Lyon, Francie), Lutz Wisotzki (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Německo), David Lagattuta (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon Université de Lyon, Lyon, Francie), Benoit Epinat (IRAP, CNRS, Université Toulouse III – Paul Sabatier, CNES, Université de Toulouse, Toulouse, Francie; and LAM, CNRS / Aix Marseille Université, Marseille, Francie), Sebastiano Cantalupo (ETH Zurich, Zurich, Švýcarsko), Jean Baptiste Courbot (University of Lyon, Lyon, Francie; ICube, Université de Strasbourg, Strasbourg, Francie), Thierry Contini (IRAP, CNRS, Université Toulouse III – Paul Sabatier, CNES Université de Toulouse, Toulouse, Francie), Johan Richard (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon Université de Lyon, Lyon, Francie), Rychard Bouwens (Leiden Observatory, Leiden, Nizozemí), Nicolas Bouché (IRAP, CNRS, Université Toulouse III – Paul Sabatier, CNES Université de Toulouse, Toulouse, Francie), Wolfram Kollatschny (AIG, Universität Göttingen, Göttingen, Německo), Joop Schaye (Leiden Observatory, Leiden, Nizozemí), Raffaella Anna Marino (ETH Zurich, Zurich, Švýcarsko), Roser Pello (IRAP, CNRS, Université Toulouse III – Paul Sabatier, CNES Université de Toulouse, Toulouse, Francie), Bruno Guiderdoni (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon Université de Lyon, Lyon, Francie), Marcella Carollo (ETH Zurich, Zurich, Švýcarsko), S. Hamer (University of Lyon, Lyon, Francie), B. Clément (University of Lyon, Lyon, Francie), G. Desprez (University of Lyon, Lyon, Francie), L. Michel-Dansac (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon Université de Lyon, Lyon, Francie), M. Paavast (Leiden Observatory, Leiden, Nizozemí), L. Tresse (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon Université de Lyon, Lyon, Francie), L. A. Boogaard (Leiden Observatory, Leiden, Nizozemí), J. Chevallard (Scientific Support Office, ESA/ESTEC, Noordwijk, Nizozemí) S. Charlot (Sorbonne University, Paris, Francie), J. Verhamme (University of Lyon, Lyon, Francie), Marijn Franx (Leiden Observatory, Leiden, Nizozemí), Kasper B. Schmidt (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Německo), Anna Feltre (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon Université de Lyon, Lyon, Francie), Davor Krajnović (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Německo), Eric Emsellem (ESO, Garching, Německo; University of Lyon, Lyon, Francie), Mark den Brok (ETH Zurich, Zurich, Švýcarsko), Santiago Erroz-Ferrer (ETH Zurich, Zurich, Švýcarsko), Peter Mitchell (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon Université de Lyon, Lyon, Francie), Thibault Garel (University of Lyon, Lyon, Francie), Jeremy Blaizot (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon Université de Lyon, Lyon, Francie), Edmund Christian Herenz (Department of Astronomy, Stockholm University, Stockholm, Švédsko), D. Lam (Leiden University, Leiden, Nizozemí), M. Steinmetz (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Potsdam, Německo) a J. Lewis (University of Lyon, Lyon, Francie).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled ELT (Extremely Large Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• MUSE HUDF speciální vydání časopisu A&A
• “The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: I. Survey description, data reduction and source detection” by R. Bacon et al.
• “The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: II. Spectroscopic Redshift and Line Flux Catalog, and Comparisons to Color Selections of Galaxies at 3 < z < 7” by H. Inami et al.
• “The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: III. Testing photometric redshifts to 30th magnitude” by J. Brinchmann et al.
• “The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: IV. An Overview of C III] Emitters” by M. V. Maseda et al.
• “The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: V. Spatially resolved stellar kinematics of galaxies at redshift 0.2 ≲ z ≲ 0.8” b A. Guérou
• “The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: VI. The Faint-End of the Lyα Luminosity Function at 2.91 < z < 6.64 and Implications for Reionisation” by A. B. Drake et al.
• “The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey:VII. Fe II* Emission in Star-Forming Galaxies” by H. Finley et al.
• “The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: VIII. Extended Lyman α haloes” by F. Leclercq et al.
• “The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: IX. evolution of galaxy merger fraction up to z ≈ 6” by E. Ventou et al.
• “The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: X. Lyα Equivalent Widths at 2.9 < z < 6.6” by T. Hashimoto et al.
• přístroj MUSE
• MUSE a zařízení Adaptive Optics Facility (eso1724)

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Soňa Ehlerová; překlad; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Roland Bacon; Lyon Centre for Astrophysics Research (CRAL); France; Mobil: +33 6 08 9 14 27; Email: roland.bacon@univ-lyon1.fr

Jarle Brinchmann; University of Leiden; Netherlands; Mobil: +31 6 50 92 51 89; Email: jarle@strw.leidenuniv.nl

Davor Krajnovic; Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam; Germany; Mobil: +49 160 24 34 574; Email: dkrajnovic@aip.de

Thierry Contini; Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie; France; Mobil: +33 6 62 64 12 68; Email: thierry.contini@irap.omp.eu

Richard Hook; ESO Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Tisková zpráva ESO1738