Используя данные прибора MUSE, ученые из Потсдамского астрофизического института им. Лейбница (AIP) смогли обнаружить необычно слабые планетарные туманности в далеких галактиках. Используемый метод фильтрации при обработке данных изображений открывает новые возможности для измерения космических расстояний и, таким образом, определения постоянной Хаббла.
Планетарные туманности в окрестностях Солнца известны как цветные объекты, которые появляются в конце жизни звезды, когда она переходит от стадии красного гиганта к белому карлику: когда звезда расходует топливо, необходимое для термоядерного синтеза, она выдувает свою газовую оболочку в межзвездное пространство. Сжимаясь, она становится чрезвычайно горячей и заставляет расширяющуюся газовую оболочку светиться. В отличие от непрерывного спектра звезды, ионы определенных элементов в этой газовой оболочке, таких как водород, кислород, гелий и неон, излучают свет только с определенными длинами волн. Специальные оптические фильтры, настроенные на эти длины волн, могут сделать видимыми слабые туманности. Ближайший объект этого типа в нашем Млечном Пути находится в 650 световых годах от нас в туманности Спираль.
По мере увеличения расстояния от планетарной туманности ее видимый диаметр на изображении уменьшается, а интегральная видимая яркость уменьшается пропорционально квадрату расстояния. В соседней с нами галактике, Галактике Андромеды, которая находится почти в 4000 раз дальше, туманность Улитка будет видна только в виде точки, а ее видимая яркость будет почти в 15 миллионов раз слабее. Благодаря современным большим телескопам и длительной выдержке такие объекты все еще можно наблюдать и измерять с помощью оптических фильтров или спектроскопии изображений.
Мартин Рот, первый автор нового исследования, говорит:
Используя Потсдамский мультиапертурный спектрофотометр (PMAS) мы смогли проблюдать несколько планетарных туманностей в галактике Андромеды в период между 2001 и 2002 на 3,5-метровом телескопе обсерватории Калар Альто. Однако относительно небольшое поле зрения PMAS еще не позволило исследовать более крупную выборку объектов.
Потребовалось добрых 20 лет, чтобы продолжить эти первые эксперименты и использовать более мощный инструмент с более чем в 50 раз большим полем зрения на гораздо большем телескопе. Прибор MUSE на Очень Большом Телескопе (VLT) в Чили был разработан в первую очередь с целью обнаружения очень слабых объектов на краях Вселенной, которые в настоящее время наблюдаются. Это свойство также играет роль в обнаружении очень слабых планетарных туманностей в далеких галактиках.
Галактика NGC 474 является особенно прекрасным примером галактики, которая при столкновении с другими, меньшими галактиками образовывала видимую кольцевую структуру из звезд, рассеянных гравитацией. Она находится на расстоянии 110 миллионов световых лет, что примерно в 170 000 раз дальше, чем туманность Улитка. Таким образом, видимая яркость планетарной туманности в этой галактике почти в 30 миллиардов раз ниже, чем у туманности Улитка, и находится в диапазоне космологически интересных галактик, для которых команда разработала инструмент MUSE.
Группа ученых из AIP и их коллег из США разработали метод использования MUSE для выделения и точного измерения чрезвычайно слабых сигналов планетарных туманностей в далеких галактиках с высокой чувствительностью. Здесь важную роль играет особенно эффективный алгоритм фильтрации при обработке данных изображения. Для линзовидной галактики NGC 474 архивные данные ESO были доступны на основе двух очень глубоких экспозиций MUSE, каждая из которых длилась 5 часов наблюдения. Результат обработки данных: после применения алгоритма фильтрации стали видны 15 крайне слабых планетарных туманностей.
Эта высокочувствительная процедура открывает новый метод измерения расстояний, который может помочь устранить расхождение в определении постоянной Хаббла, которое в настоящее время обсуждается. Планетарные туманности обладают тем свойством, что определенная максимальная яркость не может быть физически превышена. Функция распределения яркости образца в галактике или функция яркости планетарной туманности обрывается на ярком конце. Это свойство стандартной свечи. которые можно использовать для расчета расстояний статистическими методами. Метод функции яркости планетарной туманности был разработан в 1989 году членами группы Джорджем Джейкоби (NOIRLab NSF) и Робином Чиардулло (Университет штата Пенсильвания). Он был успешно применен к более чем 50 галактикам за последние 30 лет, но был ограничен фильтрами, которые использовались до сих пор. Галактики с расстояниями больше, чем в скоплениях Девы или в Печи, были вне досягаемости. Исследование, опубликованное в Astrophysical Journal, показывает, что MUSE может более чем в два раза увеличивать диапазон и позволяет проводить независимые измерения постоянной Хаббла.
Больше информации:
