• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Planetariska nebulosor i avlägsna galaxer

    Ringgalaxen NGC 474 på ett avstånd av cirka 110 miljoner ljusår. Ringstrukturen bildades genom sammanslagna processer av kolliderande galaxer. Kredit:DES/DOE/Fermilab/NCSA &CTIO/NOIRLab/NSF/AURA

    Med hjälp av data från MUSE-instrumentet, forskare vid Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) lyckades upptäcka extremt svaga planetariska nebulosor i avlägsna galaxer. Metoden som används, en filteralgoritm i bilddatabehandling, öppnar nya möjligheter för kosmisk avståndsmätning – och därmed också för att bestämma Hubble-konstanten.

    Planetariska nebulosor är kända i närheten av solen som färgglada föremål som dyker upp i slutet av en stjärnas liv när den utvecklas från den röda jätten till den vita dvärgstadiet:när stjärnan har använt sitt bränsle för kärnfusion, det blåser av sitt gashölje in i det interstellära rymden, kontrakt, blir extremt varmt, och exciterar det expanderande gashöljet att glöda. Till skillnad från stjärnans kontinuerliga spektrum, jonerna av vissa element i detta gashölje, som väte, syre, helium och neon, avger ljus endast vid vissa våglängder. Särskilda optiska filter inställda på dessa våglängder kan göra de svaga nebulosorna synliga. Det närmaste föremålet av detta slag i vår Vintergatan är Helixnebulosan, 650 ljusår bort.

    När avståndet till en planetarisk nebulosa ökar, den skenbara diametern i en bild krymper, och den integrerade skenbara ljusstyrkan minskar med kvadraten på avståndet. I vår granngalax, Andromedagalaxen, på ett avstånd som är nästan 4000 gånger större, Helixnebulosan skulle bara vara synlig som en prick, och dess skenbara ljusstyrka skulle vara nästan 15 miljoner gånger svagare. Med moderna stora teleskop och långa exponeringstider, sådana objekt kan ändå avbildas och mätas med hjälp av optiska filter eller bildspektroskopi. Martin Roth, första författare till den nya studien och chef för innoFSPEC-avdelningen vid AIP:"Med hjälp av PMAS-instrumentet utvecklat vid AIP, vi lyckades göra detta för första gången med integralfältspektroskopi för en handfull planetariska nebulosor i Andromedagalaxen 2001 till 2002 på 3,5 m teleskopet i Calar Alto Observatory. Dock, det relativt lilla PMAS-synfältet tillät ännu inte att undersöka ett större urval av objekt."

    Planetnebulosan NGC 7294 ("Helixnebulosan"), ett föremål i närheten av solen. Kredit:NASA, NOAO, ESA, Hubble Helix Nebula Team, M. Meixner (STScI), och T.A. Rektor (NRAO)

    Det tog drygt 20 år att utveckla dessa första experiment ytterligare med ett kraftfullare instrument med ett mer än 50 gånger större synfält på ett mycket större teleskop. MUSE vid Very Large Telescope i Chile utvecklades främst för upptäckten av extremt svaga föremål vid kanten av universum som för närvarande kan observeras för oss – och har producerat spektakulära resultat för detta ändamål sedan de första observationerna. Det är just denna egenskap som också spelar in vid upptäckten av extremt svag PN i en avlägsen galax.

    Galaxen NGC 474 är ett särskilt bra exempel på en galax som, genom kollision med andra, mindre galaxer, har bildat en iögonfallande ringstruktur från stjärnorna spridda av gravitationseffekter. Den ligger ungefär 110 miljoner ljusår bort, vilket är cirka 170, 000 gånger längre än Helixnebulosan. Den skenbara ljusstyrkan för en planetarisk nebulosa i den här galaxen är därför nästan 30 miljarder gånger lägre än Helixnebulosans och ligger inom intervallet av kosmologiskt intressanta galaxer som teamet designade instrumentet MUSE för.

    MUSE-bilddata i de två markerade fälten i bilden ovan av ringstrukturen i NGC 474. Vänster:Bild i kontinuumet med bandet av oupplösta stjärnor samt klothopar markerade av cirklar. Höger:filtrerad bild i den rödförskjutna syreemissionslinjen, varifrån planetnebulosorna kommer fram som punktkällor från bruset. Artefakterna som skapats av instrumentella effekter har helt försvunnit. Kredit:AIP/M. Roth

    Ett team av forskare vid AIP, tillsammans med kollegor från USA, har utvecklat en metod för att använda MUSE för att isolera och exakt mäta de extremt svaga signalerna från planetariska nebulosor i avlägsna galaxer med hög känslighet. En särskilt effektiv filteralgoritm vid bilddatabehandling spelar här en viktig roll. För ringgalaxen NGC 474, ESO:s arkivdata var tillgängliga, baserad på två mycket djupa MUSE-exponeringar med 5 timmars observationstid vardera. Resultatet av databehandlingen:efter att ha tillämpat filteralgoritmen, totalt 15 extremt svaga planetariska nebulosor blev synliga.

    Denna mycket känsliga procedur öppnar upp för en ny metod för avståndsmätning som är lämplig för att bidra till lösningen av den för närvarande diskuterade diskrepansen i bestämning av Hubble-konstanten. Planetariska nebulosor har egenskapen att, fysiskt, en viss maximal ljusstyrka kan inte överskridas. Fördelningsfunktionen för ljusstyrkorna hos ett prov i en galax, d.v.s. luminositetsfunktionen hos planetariska nebulosor (PNLF), bryter av i den ljusa änden. Denna egenskap är den för ett standardljus, som kan användas för att beräkna ett avstånd med statistiska metoder. PNLF-metoden har utvecklats redan 1989 av teammedlemmarna George Jacoby (NSF:s NOIRLab) och Robin Ciardullo (Penn State University). Det har framgångsrikt tillämpats på mer än 50 galaxer under de senaste 30 åren, men var begränsad av de filtermått som hittills använts. Galaxer med avstånd större än Jungfru- eller Fornax-klustren låg utanför räckvidden. Studien, nu publicerad i Astrofysisk tidskrift , visar att MUSE kan uppnå mer än dubbelt så stort räckvidd, möjliggör en oberoende mätning av Hubble-konstanten.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com