Еще одно изображение в средней инфракрасной области спектра, на этот раз – знаменитой галактики Сомбреро, которое также было получено с помощью космического телескопа «Спитцер» в средних инфракрасных диапазонах (3–8 микрон). Галактика Сомбреро слегка наклонена от края, если смотреть с нашей точки наблюдения; ее наиболее яркая характеристика – большой пылевой диск, который представляет собой кольцо, окружающее эллиптическое распределение относительно старых звезд. На этом инфракрасном изображении кольцо пыли, нагретое звездным светом, сияет красным
Эта галактика, известная как Подсолнух (M63), сфотографирована телескопом «Спитцер» в середине инфракрасного диапазона. Изображение показывает теплую пыль, закрывающую замысловатые спиральные рукава. Из-за относительно большой длины волны света, которую «видит» «Спитцер» (по сравнению с видимым светом), в сочетании с небольшой апертурой телескопа (менее метра) эти изображения менее резкие, чем у «Хаббла». Тем не менее именно «Спитцер» предоставил некоторые из наиболее важных данных по многим аспектам формирования, эволюции и свойств галактик
Субмиллиметровые полосы имеют решающее значение, поскольку они позволяют нам измерять часть дальнего инфракрасного спектра галактик на длинах волн, достаточно близких к спектральному пику, что дает надежную меру общей яркости инфракрасного излучения и, следовательно, скорости звездообразования. Иногда изучение галактик на инфракрасных и субмиллиметровых волнах называют исследованием «пыльной» Вселенной.
Здесь представлена средняя область инфракрасного изображения Arp 77 – спиральной галактики с заметной структурой перемычки, проходящей через ядро и соединяющей спиральные рукава. Снимок сделан телескопом «Спитцер». Обратите внимание на яркое кольцо инфракрасного излучения в ядре галактики – это излучение горячей пыли, связанное с кольцом звездообразования, окружающим активную центральную черную дыру. Структура перемычки частично ответственна за эту ядерную активность: она может служить для транспортировки газа и звезд от диска к ядру галактики
Красные/оранжевые пятна в центре каждой панели – очень далекие галактики, излучающие бо́льшую часть своего света в субмиллиметровой части электромагнитного спектра. Одним из главных достижений в области изучения эволюции галактик стало открытие того, что в прошлом общая скорость роста галактик, отслеживаемая за счет вычисления средней скорости звездообразования, была намного выше. Некоторые из самых ранних галактик формировали звезды с удивительно высокой скоростью – в сотни раз быстрее, чем Млечный Путь. Галактики, где происходят интенсивные «вспышки» звездообразования, также содержат большое количество пыли. Она блокирует значительную часть видимого света от звезд, в результате поглощения которого нагревается в поле звездного излучения. Эта энергия переизлучается в дальнем инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра и из-за эффекта красного смещения легко обнаруживается в субмиллиметровых полосах диапазона. Галактики этой категории называются субмиллиметровыми. Чем интересен этот класс галактик? Одна теория утверждает, что субмиллиметровые галактики – это прародители массивных эллиптических галактик, которые мы видим сегодня. Однако их можно увидеть в то время, когда они только формировали бо́льшую часть своей звездной массы, поэтому изучение отдаленных субмиллиметровых галактик могло бы дать представление о физике образования самых массивных галактик в космосе
Это исследование началось в далеком 1983 году, когда была запущена космическая обсерватория под названием «Инфракрасный астрономический спутник» (англ. InfraRed Astronomical Satelite, IRAS). Он стал первым телескопом, который отобразил все небо на инфракрасных длинах волн света (точнее, на длинах волн 12, 25, 60 и 100 микрон): в течение 10 месяцев научных исследований IRAS открыл совершенно новое «окно» во Вселенную, предоставив нам доступ к той части электромагнитного спектра, которая до тех пор была практически недоступна. IRAS прокладывал новый богатый путь для исследований эволюции галактик, который спустя три десятилетия все еще развивается и составляет значительную часть моих исследований.
Вероятно, самым важным достижением IRAS стало открытие тысяч галактик, которые ранее не были каталогизированы: хотя такие галактики были относительно бледными на оптических длинах волн и из-за этого их пропустили в ходе предыдущих наблюдений, они ярко светятся на инфракрасных длинах волн. Обсерватория IRAS также нанесла на карту масштабные пространства межзвездной пыли в нашей Галактике. Еще одно из ключевых открытий спутника заключалось в том, что почти во всех направлениях на небе всегда было какое-то тонкое рассеянное инфракрасное излучение. Его назвали «перистым», как высокие облака, которые мы видим на Земле. Но вместо водяного пара IRAS обнаруживал «мусор», оставшийся в результате звездообразования нашей Галактики – пылевой детрит от предыдущих поколений звезд.
Эти галактические «перистые облака» создают проблемы для проведения внегалактических исследований на ультрафиолетовой и видимой частотах. Прежде чем вступить в борьбу с поглощением сигналов атмосферой Земли, где вода и другие молекулы могут легко погасить проходящие фотоны, ультрафиолет и видимые световые фотоны из отдаленных внегалактических источников должны пройти через остальную часть нашей Галактики. Если фотон, исходящий из какой-то далекой галактики, сталкивается с пылью в Млечном Пути, он также может быть поглощен. Такое явление называется межзвездной, или галактической, экстинкцией, и мы должны учитывать ее влияние затемнения и покраснения на наблюдаемую интенсивность внегалактического света.
На снимке – элемент одного из рукавов галактики, известной как Мясной Крюк. Она была названа так из-за ее искаженной спиральной структуры, предположительно ставшей следствием предыдущего гравитационного возмущения из-за прохождения другой галактики. Ее рукав искрится множеством молодых голубых звезд, словно кружево пены на гребне волны
Чтобы сделать поправку на галактическую экстинкцию, нам нужно составить подробные карты местонахождения галактической пыли и понимать, какова ее толщина (мы можем получить эти данные из карт всего неба, сделанных, например, на инфракрасных длинах волн). В сочетании с формулой, описывающей то, насколько сильным является поглощение для разных частот света (так называемый закон покраснения), мы можем добавить обратно излучение, которое поглотила галактическая пыль. В некоторых направлениях, таких как галактическая плоскость, экстинкция настолько экстремальна, что сквозь нее не может пройти никакой внегалактический свет. Таким образом, проводя очень глубокие исследования далекой Вселенной, мы в идеале хотим заглянуть за пределы диска Галактики, где количество промежуточного цирруса невелико, поэтому межзвездная экстинкция внегалактического света сводится к минимуму. Это еще один недостаток внегалактической астрономии для того, кто живет в диске Галактики. Любопытно представлять, однако, что астрономам других цивилизаций в Галактике доступны различные области внегалактической Вселенной в зависимости от того, находятся ли они в очень плотной части (например, ближе к балджу) или в галактических «пригородах» – возможно, даже в одном из Магеллановых Облаков.
