8 Minutės
Pastebėkite atidžiau ir akis ims klastoti vaizdą. Ryški, kompaktiška spiralė glaudžiasi prie daug tamsesnės, nelygios galaktikos krašto. Scena atrodo intymi, lyg būtų artimas susitikimas. Tačiau toks poravimasis yra perspektyvos sukeltas apgaulė.
Pirmuoju žvilgsniu ši kosminė pora atrodo kaip maža, energinga spiralės formos galaktika besisukanti aplink kur kas didesnį, šešėlinį draugą. Tačiau toks susidėliojimas yra perspektyvos triukas. Šaltinis: ESA/Hubble & NASA, J. Dalcanton, Dark Energy Survey/DOE/FNAL/DECam/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA
Objektai priklauso katalogui, gerai žinomam visiems, tyrinėjantiems neįprastas galaktikų formas: Haltono Arpo „Keistųjų galaktikų atlasui" (Halton Arp's Atlas of Peculiar Galaxies). Sudarytas 1960-aisiais, šis atlasas surinko keistas, asimetrines ir neįprastas formas, kad astronomai galėtų nagrinėti, kokie procesai jas suformavo. Hubble kosminio teleskopo aštrus žvilgsnis nuo to laiko pakarto stebėjo daugelį Arpo įrašų, atskleisdamas struktūruotus dulkių takus, išsibarsčiusius žvaigždžių spiečius ir plazdėjančias spiralines atšakas, kurios anksčiau senose fotografijose sudrumbėdavo.
Šioje kadrove, kataloguose žinomame kaip Arp 4, du pagrindiniai taikiniai turi MCG žymas. Blankesnė, difuzinė dalis pažymėta kaip MCG-02-05-050. Ji demonstruoja žemo paviršiaus ryškumo profilį: išsiplėtusi diskas, iš kurio vieneto ploto išeina labai mažai šviesos, tad spiralės struktūra atrodo suplėšyta ir nebaigta. Netoli jos, šviesesnė kompanionė, pažymėta MCG-02-05-050a, pasirodo kompaktiška, mėlynai nutinti ir nuberta žvaigždėdaros mazgais. Energinga. Jauna. Ji atrodo kaip gyvybingesnė iš jų.
Tačiau šis pirmasis aprašymas — tik pradžios taškas. Toliau pateikiama išsami ir techninė analizė apie tai, kodėl tokie vaizdai mus apgauna, kokius instrumentus ir metodikas naudoja astronomai nustatant galaktikų atstumus ir judėjimą, bei ką tokie atvaizdai reiškia platesniu mastu naujajam galaktikų vystymosi supratimui.
Kodėl ši scena mus apgauna
Triukas yra paprastas, bet efektyvus. MCG-02-05-050 yra maždaug 65 milijonų šviesmečių atstumu nuo Žemės. MCG-02-05-050a, priešingai, yra apie 675 milijonų šviesmečių — daugiau nei dešimt kartų toliau. Kai du objektai, atskirti tokiais milžiniškais atstumais, atsitiktinai sutampa mūsų matymo kryptyje, reginys gali būti spektakliškas ir klaidinantis. Tamsus milžinas gali suvaidinti foninę aplinką, o nuo tolimesnio atstumo sklindanti ryški galaktika gali atrodyti maža ir prilipusi prie arčiau esančio halo. Perspektyva suspaudžia didelius kosminius mastus į vieną apgaulingą vaizdą.
Ar šios galaktikos sąveikauja gravitaciškai? Remiantis turimais duomenimis — ne. Nėra jokių akivaizdžių potvynio tilto (tidal bridge) požymių ar sutampančių deformacijų, kurios išduotų jų tarpusavio gravitacinį „apkabinimą". Jų greičiai ir pagal raudonąjį poslinkį (redshift) nustatytos reikšmės patenka į visiškai skirtingas kosminės laiptinės pakopas. Kitaip tariant, šis Hubble kadras yra atsitiktinis kompozicijos efektas — kaip du paukščiai, tupintys ant to paties elektros laido, bet skirtinguose žemynuose.
Šio skirtumo paaiškinimui verta trumpai aptarti, kaip astronomai nustato atstumus ir judesius. Pagrindiniai metodai apima spektrinę analizę (gaunant raudonojo poslinkio z reikšmę), photometrinius matavimus ir kosminės geometrijos modelius. Spektroskopija leidžia matuoti emisijos ar absorbcijos linijų poslinkį link raudonosios ar mėlynosios spektro dalies, o pagal Hubble užtveriamą Visatos plėtimąsi tą poslinkį galima susieti su atstumu (atliekant interpretuojamus z → atstumas skaičiavimus, atsižvelgiant į kosmologinius parametrus, pvz., H0, Omega_m ir Omega_Lambda). Be spektrinių matavimų, tik regimasis artumas danguje (projekcinė separacija) neįrodo fizinio artumo tarp objektų.
Praktinė pamoka čia paprasta: nemanykite, kad kaimynai danguje yra kaimynai erdvėje. Tai svarbu ne tik mėgėjams ar vaizdingiems kosminiams kadruose — tai esminis principas kataloguojant galaktikų poras, tiriant galaktikų susijungimus (mergers), įvertinant potvynio reiškinius ir modeliuojant galaktikų evoliuciją bei tamsiosios materijos paskirstymą.
Be to, Arp 4 pavyzdys įžiebia diskusiją apie kaip atliekami atskyrimai tarp projekcinio ir fizinio artumo. Astronomai dažnai derina plataus lauko vaizdus, tokius kaip DECam ar Pan-STARRS surinkti duomenys, su giliais, siauro lauko spektriniais tyrimais. Tokia duomenų integracija leidžia atskirti atsitiktinius sutapimus nuo realių dinaminių susijungimų. Išplėstinės statistinės analizės ir mašininio mokymosi metodai dabar taip pat taikomi automatizuotam galaktikų poravimui ir klaidingų sąsajų filtravimui didelėse apklausose (survey). Tokiu būdu pagerėja fizinių porų atpažinimas ir sumažėja klaidų rizika tokiose kosmologinėse analizėse kaip porinės koreliacijos funkcijos ar masės sankaupos tyrimai.
Be spektrinės informacijos, taip pat naudingi kiti indikatoriai: potvynio grandinių ar plėvelių aptikimas giliuose vaizduose, nenormalūs žvaigždžių šviesos pasiskirstymai, ir tarpgalaktinės dujinės struktūros, matomos radijo arba infraraudonųjų spindulių diapazonuose. Jei kuri nors iš šių savybių egzistuoja, tuomet galima tvirtinti apie galimą praeities ar esamą gravitacinę sąveiką. Arp 4 atveju jokių aiškių tokių ženklų nėra, todėl scenos klaidinanti prigimtis tampa dar labiau tikėtina.
Žemo paviršiaus ryškumo galaktikos ir jų reikšmė
Arp 4 taip pat iškelia ilgalaikį astronomų medžioklės objektą: žemo paviršiaus ryškumo (angl. low surface brightness, LSB) galaktikas. Šios blankios milžinės gali turėti didelę masę, tačiau jas sunku aptikti tradiciniais platų lauką apimančiais tyrimais dėl mažo šviesos kiekio vienetiniame ploto elemente. LSB galaktikos dažnai slepia istorijas apie ankstesnius akrecijos (materijos prisijungimo) įvykius, ilgalaikę žvaigždėdarą, ir tamsiosios materijos pasiskirstymą jų haluose.
Techniniai iššūkiai aptinkant LSB objektus susiję su fono šviesos (sky background) modeliavimu, instrumentinių artefaktų pašalinimu ir ilgo eksponavimo laiko poreikiu. Naujausios technologijos, tokios kaip didelio formato CCD kameros (pvz., DECam naudojama Dark Energy Survey programoje), patobulintos optinės sistemos, geresnis fotometrinis kalibravimas bei pažangūs duomenų valymo algoritmai leidžia aptikti vis švelnesnius signalus. Plokštieji laukeliai, ilgi dengimo rinkiniai ir pažangios fono atėmimo technikos yra būtini, kad būtų atskirti tikri LSB diskai nuo instrumentinių ir atmosferinių triukšmų.
LSB galaktikų tyrimai turi platesnę reikšmę: jos reikalauja peržiūrėti galaktikų formavimosi ir augimo modelius. Tradiciniai hierarchinio susidarymo modeliai (hierarchical structure formation) numato, kad galaktikos auga per sankaupas ir susijungimus, tačiau jei didelis kiekis masės yra paslėptas LSB struktūrose arba praeities įvykiai paliko tik labai silpnus pėdsakus, tada mūsų stebimos populiacijos ir masės funkcijos gali būti iškreiptos. Todėl LSB populiacijos skaičiaus, masės ir erdvinių paskirstymų tyrimas yra svarbus kosmologinių parametrų nustatymui ir tamsiosios materijos savybių interpretacijai.
Instrumentai ir apklausos: projektai kaip Dark Energy Survey (DES), Pan-STARRS, Sloan Digital Sky Survey (SDSS), J-PAS ir nauji plataus lauko optiniai ir infraraudonųjų spindulių observatorijos (pvz., Vera C. Rubin Observatory su LSST) skirs daug dėmesio LSB ir difuzinėms struktūroms aptikti dėl jų didelio jautrumo ir lauko nuoseklumo.
Kaip skirtingi duomenų sluoksniai padeda interpretuoti Arp 4
Norint išspręsti, ar du kosminiai objektai yra fiziškai susiję, astronomai paprastai sujungia keletą nepriklausomų duomenų sluoksnių:
- Spektroskopija: tikslūs spinduliuotės spektro matavimai leidžia nustatyti raudonąjį poslinkį (z) ir iš jo skaičiuoti vidutinį atstumą pagal Kosmologinį modelį; tai yra labiausiai tiesioginis metodas atstumui patvirtinti.
- Fotometrija: matavimai skirtinguose dažniuose (BVRI, ugriz, IR) parodo spalvas ir žvaigždėdaros intensyvumą; mėlynos spalvos mazgai rodo aktyvią žvaigždėdarą.
- Didelio kontrasto vaizdai: gilesnės ekspozicijos atskleidžia silpnus potvynio takus, plėveles ir išorinę struktūrą, kuri gali būti pėdsakas ankstesnių susijungimų.
- Radijo ir infraraudonieji duomenys: neutralios vandenilio (HI) linijos arba CO stebėjimai gali atskleisti dujų tilus ir ryšius tarp galaktikų, kurių regimajame optiniame diapazone nematyti.
- Gili spektrinė kartografija: integralinių lauko spektrografų (IFS) duomenys pateikia erdvinį judėjimo (kinematikos) lauką, leidžiantį nustatyti, ar struktūros dalijasi bendru dinaminiu įrašu.
Apjungus šiuos sluoksnius, galima su didesne pasitikėjimo būsena teigti apie fizinį ryšį arba jo nebuvimą. Arp 4 atveju spektriniai duomenys (raudonasis poslinkis), pateikiami kartu su giliu Hubble vaizdu, sukuria aiškią diagnozę: tai projekcinė sutapimo iliuzija.
Praktiniai pastebėjimai ir platesnė reikšmė
Tokie vaizdai kaip Arp 4 yra ne tik estetiškai patrauklūs — jie veikia kaip mokomieji pavyzdžiai ir priminimai apie stebėjimų interpretacijos ribas. Jie skatina stebėtojus matuoti, lyginti ir klausti, ar tai, ką mes matome, tikrai atitinka tikrovę. Kosmosas tęsis savo optinių iliuzijų rengimą, o mokslininkai toliau tobulins metodus, kaip jas perskaityti.
Be to, Arp 4 pabrėžia katalogų ir istorinių duomenų vertę. Halton Arp darbuose surinkti įrašai tebelaikomi svarbiais testiniais atvejais modernioms stebėjimo kampanijoms. Kiekvienas senoviškas kadras, perspektyvoje patikslintas moderniomis priemonėmis, gali atskleisti naujas detales apie žvaigždžių formavimąsi, dulkes ir tamsiosios materijos pasiskirstymą bei pateikti pavyzdžių, kaip technologinės pažangos atveria seno tipo interpretacijoms naują prasmę.
Galiausiai, tokie darbai pabrėžia tarpdisciplininio požiūrio svarbą: optiniai vaizdai, spektrai, radijo stebėjimai, duomenų mokslas ir teorinis modeliavimas kartu sudaro įrankių rinkinį, leidžiantį išvengti paviršutiniškų išvadų ir tiksliai atskirti projekcinius sutapimus nuo tikrų, fizinių sąveikų kosmose.
Vaizdai kaip šis yra kvietimas: jie ragina tyrėjus toliau matuoti, lyginti ir klausti, ar tai, ką mes matome, atitinka tikrovę. Kosmosas ir toliau kurs optines iliuzijas — o mes toliau mokysimės jas skaityti.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą