En bild av en elliptisk dvärggalaxsatellit i spiralgalaxen NGC 7331, en galax som liknar Vintergatans följeslagare, den stora Andromedagalaxen M31. Den här bilden visar samma exponering, men med ökande betoning på mycket svaga drag. Denna studie avslöjar för första gången att denna galax är 50, 000 ljusår över (halva storleken på Vintergatan), och kan vara i färd med att lösas upp i halo av NGC 7331 eftersom dess stjärnor avskalas av gravitationella tidvatten. Om ena änden av denna galax placerades i mitten av Vintergatan, den andra änden skulle nå nästan till kanten av vår galax skiva, långt förbi solens läge. Kredit:R. Michael Rich, UCLA
Astronomer har genomfört den största undersökningen hittills av de svaga utkanterna av närliggande galaxer, framgångsrikt testa ett lågkostnadssystem för att utforska dessa lokala stjärnsystem. R. Michael Rich från University of California, Los Angeles ledde ett internationellt team som genomförde en undersökning för samarbetet Haloes and Environments of Nearby Galaxies (HERON), publicerad i en tidning i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society . Teamet finner att diametrarna för de galaktiska utkanterna – haloerna – verkar korrelera med ljusstyrkan och typen av galax.
De yttre regionerna av galaxer innehåller forntida stjärnor som skjutits ut i kollisioner med andra galaxer, samt stjärnor som var bland de första som bildades i galaxens historia. Att förstå dessa regioner hjälper till att spåra de osynliga mörka materiens strukturer som är inkapslade i de synliga stjärnorna och gasen som utgör den mest uppenbara komponenten i en galax.
För undersökningen använde teamet ett dedikerat relativt litet 28-tums (0,7-m) teleskop baserat nära Frazier Park, Kalifornien; 119 galaxer observerades i studien, en större datamängd än någon tidigare undersökning av denna typ. Bilder togs med hjälp av ett CCD-chip (liknande det som finns i digitalkameror), med varje pixel på chippet som täcker ett större område av himlen än ett liknande system i större teleskop. Resultatet var att vid en 1-timmes exponering, teleskopet avslöjar de svaga skal och plymer som kastas ut i galaxkollisioner lika tydligt som en exponering med jämförbar längd på 3,6 m Canada France Hawaii Telescope, eller en total exponeringstid på 21 timmar med ett konventionellt amatörteleskop. Den totala kostnaden för teleskopsystemet är också ekonomisk:ungefär 150 USD, 000 (£121, 000) eller mindre än 10 % av kostnaden för liknande konkurrerande projekt.
"Vi blev förvånade över hur kraftfullt ett teleskop av så blygsam storlek kunde vara", sa Rich. "det kommer att finnas många intressanta fiskar att fånga i denna speciella bukt i det kosmiska havet, erbjuder en potentiell livslängd av studier med mycket stora teleskop", han lade till.
Noah Brosch, en astronom vid Tel Aviv University och en medlem av teamet, leder ytterligare två studier av galaxskivor och galaxgrupper, med ett identiskt 28-tums teleskop som är en del av HERON-samarbetet, vid Wise Observatory vid Tel Aviv University, nära Mitzpe Ramon, Israel. Brosch säger:"Universum med låg ytljusstyrka döljer många överraskningar bland galaxer, små grupper av galaxer, och jättekluster; vi förväntar oss att våra två teleskop kommer att göra många upptäckter."
Denna galax är 35 miljoner ljusår bort; svansen av material har en utsträckning som vida överstiger Vintergatans fulla diameter. Den här bilden och de två följande den har fyra paneler som framskrider medurs för att illustrera svagare galaxegenskaper. Även om svansen har varit känd i decennier, de svagaste delarna av skivan avslöjar stjärnor som utvisats ungefär 100, 000 ljusår från kollisionen som troligen skapade svansen, vilket resulterar i den udda "hundben"-liknande strukturen. Om det var synligt för ögat, denna galaxs fulla utsträckning skulle vara större än fullmånens. Galaxy- och svanssystemet är flera gånger så stort som vårt Vintergatan. Kredit:R. Michael Rich, UCLA
Kod utvecklad av Aleksandr Mosenkov från Ryska vetenskapsakademin gjorde det möjligt för teamet att exakt mäta galaxernas utbredning. Teamet fann att diametern på en galax halo är korrelerad med en galax ljusstyrka; de galaxer som är ljusare än Vintergatan (galaxen vi lever i) visar de största haloerna, några överstiger 600, 000 ljusår över – betydligt större än Vintergatan och dess satelliter. De största haloerna finns i rundan, röda galaxer kända som gigantiska elliptiska galaxer (ett bra exempel är Messier 87, ligger i Jungfruklustret) som väger så mycket som 1 miljon miljoner solar, men gigantiska haloer kan också hittas i galaxer som Vintergatan som har en skiva.
Dessa mycket svaga, avlägsna stjärnor kan spåra omfattningen av mörk materia associerad med dessa galaxer, en möjlighet som teamet planerar att utforska i framtiden. Teamet hade sökt ett samband mellan bevis på en galaxkollision och mängden stjärnbildning som observerats i en galax, men ingen syns:gammal, röda och döda galaxer är lika benägna att ha synliga kollisioner som en skivgalax med en ungdomlig stjärnbildning; istället, Kollisioner visar sig oftast ha inträffat i någon galax som är mer lysande än Vintergatan. "Tidigare skulle en studie som denna undersöka en handfull galaxer; ett urval av denna storlek är utan motstycke", sa Mosenkov.
En massa bilder publiceras i tidningen, och visar tidigare okända svaga förlängningar och svaga följeslagargalaxer. Bland överraskningarna finns en dvärggalax med diameter 50, 000 ljusår, kretsar kring spiralgalaxen NGC 7331. NGC 4762, en röd skivgalax i Jungfruns galaxkluster ses på kanten, och har svaga projektioner som förändras helt vid låga ljusstyrkanivåer, framstår som en sko. NGC 3628 verkar till en början se ut som Vintergatan på kanten, men undersökningsbilderna visar att dess platta skiva är en liten del av ett system som ser ut som ett hundben kopplat till en lång streamer. Observationerna tyder på att kollisioner av galaxer är allestädes närvarande, och kan skjuta ut stjärnor hundratusentals ljusår från sin ursprungsgalax.
Teamet kommer att placera alla sina vetenskapsbilder i NASA/IPAC Infrared Science Community Archive, inklusive nya observationer av ytterligare galaxer som inte diskuteras i tidningen. Totalt, det förväntas att data för över 150 galaxer kommer att bli tillgängliga för alla i världen.
Det 0,7 m långa teleskopet som Rich användes designades av James Riffle från Aguila, Arizona för Astro Works Corporation, men den är inte längre i produktion. Systemet är nytt genom att kameran är placerad i "primär" fokus, framför den primära spegeln.
