Untuk pertama kalinya, para astronom telah mampu menggabungkan gambar optik terdalam dari alam semesta, yang diperoleh oleh Hubble Space Telescope, dengan gambar yang sama tajamnya di bagian inframerah-dekat spektrum menggunakan sistem bintang panduan laser canggih baru untuk optik adaptif di WM Keck Observatory di Hawaii. Pengamatan baru, yang dipresentasikan pada pertemuan American Astronomical Society (AAS) di San Diego minggu ini, mengungkapkan detail yang belum pernah terjadi sebelumnya mengenai penumbukan galaksi dengan lubang hitam besar di inti mereka, terlihat pada jarak sekitar 5 miliar tahun cahaya, ketika alam semesta adalah lebih dari setengah usianya sekarang.
Mengamati galaksi jauh dalam rentang inframerah mengungkapkan populasi bintang yang lebih tua daripada yang dapat dilihat pada panjang gelombang optik, dan cahaya inframerah juga menembus awan debu antarbintang lebih mudah daripada cahaya optik. Gambar inframerah baru galaksi jauh diperoleh oleh tim peneliti dari University of California, Santa Cruz, UCLA, dan W. Keck Observatory. Jason Melbourne, seorang mahasiswa pascasarjana di UC Santa Cruz dan penulis utama studi ini, mengatakan temuan awal termasuk beberapa kejutan dan bahwa para peneliti akan terus menganalisis data dalam beberapa minggu mendatang.
"Kami belum pernah bisa mencapai tingkat resolusi spasial dalam inframerah sebelumnya," kata Melbourne.
Selain Melbourne, tim peneliti, yang dipimpin oleh David Koo dari UCSC dan James Larkin dari UCLA, termasuk Jennifer Lotz, Claire Max, dan Jerry Nelson di UCSC; Shelley Wright dan Matthew Barczys di UCLA; dan Antonin H. Bouchez, Jason Chin, Scott Hartman, Erik Johansson, Robert Lafon, David Le Mignant, Paul J. Stomski, Douglas Summers, Marcos A. van Dam, dan Peter L. Wizinowich di Keck Observatory.
“Untuk pertama kalinya dalam gambar mendalam dari alam semesta ini, kita dapat menutupi semua panjang gelombang cahaya dari optik hingga inframerah dengan tingkat resolusi spasial yang sama. Ini memungkinkan kami untuk mengamati substruktur terperinci dalam galaksi jauh dan mempelajari bintang-bintang konstituennya dengan presisi yang tidak mungkin kami dapatkan sebaliknya, "kata Koo, seorang profesor astronomi dan astrofisika di UCSC.
Gambar diperoleh oleh Wright dan tim Keck AO selama pengujian sistem optik adaptif bintang panduan laser pada Teleskop Keck II 10 meter. Mereka adalah gambar kualitas sains pertama dari galaksi jauh yang diperoleh dengan sistem baru. Ini menandai langkah besar bagi Pusat Perbendaharaan Survei Optik Adaptif (CATS), yang akan menggunakan optik adaptif untuk mengamati sampel besar galaksi yang samar dan jauh di alam semesta awal, kata Larkin dari UCLA.
"Kami telah bekerja sangat keras selama beberapa tahun mengambil data di sekitar bintang terang. Tetapi kita telah sangat dibatasi dalam hal jumlah dan jenis objek yang dapat kita amati. Hanya dengan laser kita dapat mencapai target terkaya dan paling menarik. ” Kata Larkin.
Optik adaptif (AO) mengoreksi efek kabur dari atmosfer, yang secara serius menurunkan gambar yang terlihat oleh teleskop berbasis darat. Sistem AO secara tepat mengukur kekaburan ini dan mengoreksi gambar menggunakan cermin yang dapat dideformasi, menerapkan koreksi ratusan kali per detik. Untuk mengukur keburaman, AO membutuhkan sumber cahaya titik-terang di bidang pandang teleskop, yang dapat dibuat secara artifisial dengan menggunakan laser untuk mengeluarkan atom natrium di atmosfer bagian atas, menyebabkannya bersinar. Tanpa bintang pemandu laser semacam itu, para astronom harus mengandalkan bintang terang ("bintang pemandu alami"), yang secara drastis membatasi di mana AO dapat digunakan di langit. Selain itu, bintang pemandu alami terlalu terang untuk memungkinkan pengamatan galaksi yang sangat samar dan jauh di bagian yang sama dari langit, kata Koo.
"Munculnya bintang panduan laser di Keck telah membuka langit untuk pengamatan optik adaptif, dan sekarang kita dapat menggunakan Keck untuk fokus pada bidang-bidang di mana kita sudah memiliki gambar optik yang indah dan mendalam dari Hubble Space Telescope," kata Koo.
Karena diameter cermin Keck Telescope empat kali lebih besar dari Hubble, cermin dapat memperoleh gambar empat kali lebih tajam daripada Hubble dalam inframerah dekat sekarang karena sistem optik adaptif bintang panduan laser tersedia untuk mengatasi efek kabur dari atmosfer.
Gambar-gambar yang disajikan pada pertemuan AAS diperoleh di area langit yang dikenal sebagai bidang GOODS-Selatan, di mana pengamatan mendalam telah dilakukan oleh Hubble, Observatorium sinar-X Chandra, dan teleskop lainnya. Ada enam galaksi samar dalam gambar, termasuk dua sumber sinar-X yang diidentifikasi oleh Chandra. Emisi sinar-X, dikombinasikan dengan morfologi objek yang berantakan, menyarankan aktivitas merger baru-baru ini, kata Melbourne. Merger dapat menyalurkan sejumlah besar materi ke pusat galaksi, dan emisi sinar-X dari pusat galaksi menunjukkan adanya lubang hitam masif yang secara aktif mengonsumsi materi.
"Kami sekarang cukup yakin bahwa kami melihat galaksi yang telah mengalami merger baru-baru ini," kata Melbourne. “Salah satu dari sistem ini memiliki nukleus ganda, sehingga Anda benar-benar dapat melihat dua nukleus galaksi yang bergabung. Sistem lainnya sangat tidak teratur - kelihatannya seperti kecelakaan kereta api - dan merupakan sumber sinar-X yang jauh lebih kuat. "
Selain menerangi inti galaksi dengan emisi sinar-X, merger juga cenderung memicu pembentukan bintang-bintang baru dengan mengejutkan dan mengompresi awan gas. Jadi para peneliti terkejut menemukan bahwa sistem dengan nukleus ganda didominasi oleh bintang yang relatif tua dan tampaknya tidak menghasilkan banyak bintang muda.
"Jika kita benar tentang skenario merger, maka merger ini terjadi antara dua galaksi yang telah membentuk sebagian besar bintang mereka miliaran tahun sebelumnya dan tidak memiliki banyak gas yang tersisa untuk membuat bintang baru," kata Melbourne.
Jika studi tambahan menunjukkan bahwa benda-benda semacam itu adalah umum pada masa lalu, pengamatan ini dapat membantu menjelaskan salah satu teka-teki pembentukan galaksi. Menurut teori yang berlaku tentang pembentukan galaksi hierarkis, galaksi besar dibangun selama miliaran tahun melalui merger antara galaksi yang lebih kecil. Sejak merger memicu pembentukan bintang, sulit untuk menjelaskan keberadaan galaksi yang sangat besar yang tidak memiliki populasi bintang muda yang signifikan.
“Satu ide adalah Anda dapat memiliki apa yang disebut penggabungan kering, di mana dua galaksi penuh bintang tua tetapi sedikit gas bergabung tanpa membentuk banyak bintang baru. Apa yang kita lihat dalam objek ini konsisten dengan merger kering, ”kata Melbourne. "Bahkan dalam merger kering, mungkin masih ada gas yang cukup untuk memberi makan lubang hitam, menghasilkan emisi sinar-X, tetapi tidak cukup untuk menghasilkan ledakan kuat pembentukan bintang."
Pengamatan lebih lanjut pada panjang gelombang inframerah-menengah-jauh, diharapkan akhir tahun ini dari Spitzer Space Telescope, dapat membantu mengkonfirmasi hal ini. Data Spitzer akan memberikan indikasi yang lebih baik dari kandungan debu galaksi, variabel penting dalam menafsirkan pengamatan ini, kata Melbourne.
Sistem optik adaptif bintang panduan laser didanai oleh W. Keck Foundation. Sistem bintang panduan laser buatan dikembangkan dan diintegrasikan dalam kemitraan antara Laboratorium Nasional Lawrence Livermore dan W. Laser diintegrasikan di Keck dengan bantuan Dee Pennington, Curtis Brown, dan Pam Danforth. Kamera inframerah-dekat NIRC2 dikembangkan oleh Institut Teknologi California, UCLA, dan Observatorium Keck. Observatorium Keck dioperasikan sebagai kemitraan ilmiah antara CalTech, Universitas California, dan Administrasi Penerbangan dan Antariksa Nasional.
Karya ini telah didukung oleh Pusat Optik Adaptif, Yayasan Sains Nasional, Pusat Sains dan Teknologi yang dikelola oleh UC Santa Cruz.
Sumber Asli: Keck News Release
