Galaktikate tekkimine ja evolutsioon on üks võtmeküsimusi tänapäeva astrofüüsikas. Kui üldjoontes arvatakse galaktiakte tekke teooria paigas olevat, siis enamus detaile, mis puudutavad füüsikalisi protsesse, on veel ebakindlad. Peamiseks teguriks, mis mõjutab galaktiakte teket, on Universumi struktuuri areng ning tumeaine halode hierarhiline kuhjumine. Et mõista paremini neid füüsikalisi protsesse, mis viivad galaktikate tekkimiseni, tuleb kasutada vaatlusi erinevates lainealades ning vaadelda üha kaugemaid ja kaugemaid galaktikaid.

Gravitatsiooniläätsed Herschel-ATLAS taevaülevaates. Foto: ESA/SPIRE/Herschel-ATLAS/SJ Maddox.

Eriti oluline galaktiakte arengu mõistmiseks on seega uurida kaugeid, varajases Universumis asuvaid galaktikaid. Selliseid galaktikaid iseloomustab aktiivne täheteke, mis omakorda tähendab, et need galaktikad on tolmurikkad. Ühelt poolt on tolm halb, sest ta neelab peaaegu kogu nähtava valguse, mis teeb selliste galaktikate vaatlemise optiliste teleksoopidega peaaegu võimatuks. Teiselt poolt, aktiivne täheteke kuumutab sedasama tolmu, mis hakkab heledalt särama paarisaja mikronilisel lainepikkusel. Kuna Herschel vaatleb lainepikkustel 55 kuni 672 mikronit, siis sellised galaktikad on ideaalsed objektid Herscheliga vaatlemiseks.

Galaktikaid väga varajases Universumis on üldjuhul küllaltki raske vaadelda, kuna nad paistavad meile väga nõrkadena. Õnneks tuleb loodus meile mõnikord vastu ning annab suurepärase võimaluse selliste objektide vaatlemiseks. Antud juhul on selleks gravitatsiooniläätsed, kus lähedal asuv galaktika võimendab kaugelt galaktikalt tuleva signaali. Kasutades Herscheli teleskoopi, on võimalik uurida nii lähedal asuvat galaktikat, mis töötab gravitatsiooni läätsena kui ka kaugel asuvat galaktikat, mille signaali võimendatakse. Lähedal asuv galaktika on üldjuhul nähtav kõige paremini optilises lainealas.

Gravitatsiooniläätse efekti illustratsioon. Valgus, mis pärineb kaugelt galaktikalt kõverdub eespool oleva galaktika gravitatsiooni tõttu. Kui esiplaanil olev galaktika (sinine) on nähtav optilises lainealas, siis kaugel olev galaktika (roosa) on nähtav mõnesaja mikroni juures. Kuna gravitatsioonilääts võimendab, kuid samas ka moonutab kaugel oleva galaktika signaali, siis tihtilugu on tagaplaanil olev galaktika nähtav mitmikkujutisena. Joonis: NASA/JPL-Caltech

Üheks peamiseks ülesandeks Herscheli teleskoobil on uuendada meie teadmisi Universumi struktuuri arengu kohta. Galaktiakte tekkimise ja evolutisooni uurimine varajases Universumis on selle probleemi üks lahutamatu osa ning on ka üheks peamiseks ülesandeks Herscheli-ATLAS taevaülevaates, mis ühtekokku katab ära 550 ruutkaarekraadi suuruse ala taevas viies lainepikkuses.

Herscheli teleskoobiga avastatud gravitatsioonilääts. Foto: ESA/NASA/JPL-Caltech/Keck/SMA.

Antud viie gravitatsiooniläätsede poolt võimendatud galaktika avastus annab uue võimaluse varajases Universumis olevate galaktikate uurimiseks. Ühtekokku loodetakse Herschel-ATLAS taevaülevaatest leida üle saja sellise objekti, mille kõigi detailne uurimine annab meile kindlasti uut informatsiooni galaktikate arengu kohta varajases Universumis.

Rohkem kui kümme aastat on astronoomidele olnud probleemiks kauges Universumis olevad heledad galaktikad, kus toimub väga aktiivne täheteke. Selliseid galaktikaid ei ole senini suudetud adekvaatselt kirjeldada praeguste galaktikatekke mudelitega. Peamiseks küsimuseks nende galaktikate juures on olnud keskkond, milles nad paiknevad – senini see informatsioon nende galaktikate kohta puudus. Kosmoseteleskoop Herschel on esimene, mis on võimeline nägema väga suurt ala taevast piisava tundlikkusega, et näha tuhandeid selliseid galaktikaid. Herscheli vaatlused näitavad esimest korda, et heledad galaktikad paiknevad tihedalt koos ning asuvad peamiselt suurte galaktikapravede keskmetes.

Kasutades kosmoseteleskoop Herscheli pardal olevat instrumenti SPIRE (Spectral and Photometric Imaging Receiver) on vaadeldud kahte 15 ruutkaarekraadi suurust ala taevas – see on umbes 60 korda suurem nähtavast täiskuu pindalast. Need vaadeldud taevapiirkonnad asuvad Lohe ja Suure Vankri tähtkujudes ning on piisavalt kaugel meie kodugalaktika Linnutee tasandist. Galaktikad, mis on heledad Herscheli kauges infrapuna spektripiirkonnas, on meile nähtavad sellisena nagu nad olid umbes 10 miljardit aastat tagasi – see on aeg, mis kulub valgusel jõudmaks nendelt kaugetelt objektidelt meieni.

Pilt kaugest Universumist Herscheli pilgu läbi. Iga punkt pildil on üks kauge galaktika, mis paikneb umbes 10 kuni 12 miljardi valgusaasta kaugusel. Pilt: ESA/SPIRE, HerMES.

Juuresolevalt pildilt on näha väike osa taevast, mida Herschel on vaadelnud. Peaaegu iga punkt pildil kujutab endast tervet galaktikat, mis omakorda sisaldab miljardeid tähti. Pildil toodud värvid ei ole tõesed ning paiknevad kauges infrapuna piirkonnas. Punasemad galaktikad paiknevad meist kaugemal või omavad rohkem külma tolmu, heledamates galaktikates toimub aktiivsem täheteke. Kuigi esimese hooga tundub, et galaktikad paiknevad pildil juhuslikult, see siiski nii ei ole. Täpsem analüüs näitab, et osades piirkondades on galaktikaid tihedamalt kui teistes. Selline galaktikate kuhjumine annab meile informatsiooni galaktikate arengu kohta varasemas Universumis.

Kosmoseteleskoop Herschel ei näe täevast nähtavas valguses, vaid infrapuna piirkonnas. Infrapuna piirkonnas on peamiselt nähtavad külm gaas ja kosmiline tähtedevaheline tolm. See on väga hästi näha, kui vaadelda lähedasi galaktikaid: Herschel ei näe mitte tähtede valgust, vaid gaasi ja tolmupilvi, kus toimub aktiivne täheteke. Tänapäeval on selline aktiivne täheteke küllaltki haruldane, kuid miljardeid aastaid tagasi, kui galaktikad paiknesid Universumis palju tihedamalt, oli galaktikate põrkeid rohkem ja seega ka täheteke oli tunduvalt aktiivsem.

Kaugete aktiivse tähetekkega galaktikate vaatlemine on senini olnud peaaegu võimatu. Alles Herscheli tundlikkus ja lahutusvõime on andnud võimaluse vaadelda ja identifitseerida tuhandeid selliseid galaktikaid ning teha kindlaks nende kuhjumine ning paiknemine parvedes. See, et keskkond, kus galaktika paikneb, on oluline galaktika tekkes ja arengus on olnud teada juba varasemalt, kuid kasutades Herschelit, on võimalik keskkonna ja galaktikate vahelist seost uurida palju detailsemalt. Uurides Herscheliga kaugeid galaktikaid, on võimalik teada saada, millised olid tänapäevased passiivsed elliptilised galaktikad, sest varases nooruses nad olid aktiivse tähetekkega galaktikad, mis on nähtavad Herscheli vaatlustest.

Eelnev tulemus on ainult üks paljudest, mida Herscheli vaatlustest on võimalik teada saada. Herschel annab meile tõenäoliselt teada veel palju uut tähtede sünni ja galaktikate tekke kohta meie Universumis.

Allikas: Bright galaxies like to stick together