Чтобы изучить ближайшую галактику и получить информацию о происходящих в ней физических процессах, галактику можно наблюдать на разных длинах волн. Каждая из них даст нам различную информацию о самой галактике: сколько массы она содержит, сколько звезд формируется, возраст различных звездных популяций и многое другое.
В отличие от этого, для изучения очень далеких галактик можно использовать не все длины волн. Ведь светимость этих галактик очень мала. Одной из основных длин волн, используемых для изучения этих галактик, является длина волны, создаваемая водородом в ультрафиолете, называемая альфа-спектром Лаймана (Ly-ɑ).
Важность линии Лайман-альфа
Линия Лайман-альфа образуется газом, окружающим очень горячие молодые звезды, и является особенно яркой. По этой причине ее можно наблюдать даже на больших расстояниях. Однако здесь возникает нетривиальная проблема: эта конкретная длина волны не просто уходит из галактики, а взаимодействует с газом, пылью и веществом в самой галактике, прежде чем попасть в наши телескопы.
При этом она «искажается»: ее длина волны, профиль и интенсивность меняются. Поэтому особенно трудно отследить его первоначальную форму, что необходимо для получения нужной информации о наблюдаемой галактике.
Чтобы решить эту проблему, исследователи за последнее десятилетие наблюдали большое количество близлежащих галактик через альфа-линию Лаймана, в основном с помощью космического телескопа Хаббла. Целью этого проекта является создание каталога эталонных галактик в нашем космическом соседстве, называемого Лаймановским эталонным образцом альфа (LARS).
В последнем исследовании, основанном на этом каталоге, группе под руководством Йенса Мелиндера, директора по исследованиям Стокгольмского университета, удалось собрать ценную информацию, проанализировав интенсивность и форму этой линии.
Какую информацию она может нам дать?
Основная информация, которую удалось получить, связана с количеством космической пыли в галактике, как объяснил Мелиндер:
«Мы установили связь между количеством альфа-излучения Лаймана, выходящего из галактик, и многими их физическими свойствами. Например, существует четкая корреляция между количеством космической пыли в галактике и количеством уходящего света альфа-излучения Лаймана. Эта корреляция была ожидаема, поскольку пыль поглощает свет, но теперь мы оценили этот эффект количественно«.
Помимо получения информации о количестве космической пыли, Мелиндер и его коллеги наблюдали корреляцию между яркостью этой линии и общей массой звезд в галактике.
Более того, эти галактики выглядят гораздо крупнее, чем при наблюдении в других диапазонах волн. Это наблюдение имеет большое значение, как объяснил Питер Лаурсен, соавтор исследования: «Мы видим тот же эффект в компьютерных симуляциях с расчетами того, как Лайман-альфа путешествует через газовые облака в межзвездном пространстве. Это наблюдение подтверждает, что у нас есть хорошее теоретическое понимание вовлеченной физики«.
Полученные результаты затем будут использованы для анализа очень далеких галактик, наблюдаемых «Хабблом» и аппаратом «Джеймс Уэбб». Действительно, при наблюдении формы и яркости этой линии в далекой галактике, после сравнения ее с линиями близлежащих галактик, физические свойства которых нам известны, будет легче понять процессы и характеристики этих галактик. В результате мы сможем получить больше информации о том, когда Вселенная была моложе.