Исследователи используют галактику как «космический телескоп» для изучения сердца молодой Вселенной

«DLA — это ключ к пониманию того, как формируются галактики во Вселенной, но их трудно наблюдать, поскольку облака слишком рассеяны и сами не излучают никакого света», — говорит Ронгмон Бордолой, доцент кафедры физики Университета Северной Каролины и автор исследования.

В настоящее время астрофизики используют квазары (сверхмассивные черные дыры, излучающие свет) в качестве «подсветки» для обнаружения облаков DLA. Хотя этот метод позволяет исследователям точно определять местонахождение DLA, свет от квазаров действует только как маленькие шампуры через массивное облако, препятствуя усилиям по измерению их общего размера и массы.

Но Бордолой и Джон О'Мира, главный научный сотрудник Обсерватории Кека в Камуэле, Гавайи, нашла способ обойти эту проблему, используя галактику с гравитационной линзой и спектроскопию интегрального поля для наблюдения за двумя DLA и галактиками внутри, которые образовались около 11 миллиардов лет назад, вскоре после Большого взрыва.

«Галактики с гравитационными линзами — это галактики, которые кажутся растянутыми и яркими», — говорит Бордолой. «Это связано с тем, что перед галактикой находится гравитационно-массивная структура, которая искривляет исходящий от нее свет по мере его движения к нам. Таким образом, мы смотрим на расширенную версию объекта — это похоже на использование космического телескопа, который увеличивает увеличенное и дает нам лучшую визуализацию».

Преимущество этого двоякое: во-первых, фоновый объект простирается по всему небу и очень яркий, поэтому легко снимать показания спектра в разных частях объекта. Во-вторых, поскольку линза расширяет объект, можно исследовать очень маленькие масштабы. Например, если размер объекта составляет один световой год в поперечнике, появляется возможность изучать небольшие фрагменты с очень высокой точностью.

Показания спектра позволяют астрофизикам «видеть» элементы в глубоком космосе, которые не видны невооруженным глазом, такие как диффузные газообразные DLA и потенциальные галактики внутри них. Как правило, сбор показаний - это длительный и кропотливый процесс. Но команда решила эту проблему, выполнив спектроскопию интегрального поля с помощью инструмента Keck Cosmic Web Imager.

Интегральная спектроскопия поля позволила исследователям получить спектр для каждого отдельного пикселя той части неба, на которую они нацелились, что сделало спектроскопию протяженного объекта на небе очень эффективной. Это новшество в сочетании с растянутой и яркой галактикой с гравитационными линзами позволило команде составить карту диффузного газа DLA в небе с высокой точностью. С помощью этого метода исследователи смогли определить не только размер двух DLA, но и то, что они содержат галактики.

«Большую часть своей карьеры я ждал этой комбинации: достаточно мощный телескоп и инструмент, и природа дала нам немного удачной настройки для изучения не одного, а двух DLA новым способом», — говорит О'Мира. «Здорово видеть, что наука приносит плоды».

DLA огромны. Диаметром более 17,4 килопарсеков, они более чем на две трети больше размера современной галактики Млечный Путь. Для сравнения, 13 миллиардов лет назад типичная галактика имела бы диаметр менее 5 килопарсек. Парсек равен 3,26 светового года, а килопарсек — 1000 парсеков, поэтому свету потребуется около 56 723 лет, чтобы пройти через каждый DLA.

«Самое удивительное в DLA, которые мы наблюдали, это то, что они не уникальны — кажется, что они имеют сходство в структуре, галактики были обнаружены в обоих, 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 то, как звезды формировались в ранней Вселенной».

Работа опубликована в журнале Nature.