Исследование процессов формирования и эволюции галактик, образующих крупномасштабную структуру Вселенной требует внимательного изучения галактик на больших красных смещениях (z~2-3). Время, которое соответствует этому смещению, — это эпоха, когда звезды во Вселенной образовывались с рекордно высокой скоростью, когда формировалось большинство галактик и их скоплений, и когда роль черных дыр из центров галактик в звездообразовании была особенно велика. Это взаимодействие между черными дырами и остальной частью молодых галактик сильно повлияло на распределение газа, пыли и темной материи в современной Вселенной. А значит наблюдение за этими молодыми галактиками исключительно важны для более полного понимания картины Вселенной.

Таких объектов должно быть не очень много и их обнаружение является непростой задачей. Лучше всего для нее подходят телескопы, работающие в области микроволнового и дальнего инфракрасного (ИК) излучения. Причем желательно, чтобы за время своей работы они смогли получить полные карты неба. То есть такие, как, например, космическая обсерватория «Планк» Европейского космического агентства.

В миссию «Планка» поиск таких галактик, конечно, не входил. Основными задачами миссии было составление уточненной карты реликтового излучения (и его искажения гравитационным линзированием), изучение скоплений галактик с помощью эффекта Сюняева-Зельдовича (температура реликтового излучения изменяется, когда оно проходит сквозь скопления галактик из-за взаимодействия со свободными электронами), наблюдение отдельных активных ядер галактик, а также сверхмощных инфракрасных галактик, ULIRG'гов — про которые мы недавно писали.

«Планк» до завершения своей миссии в октябре 2013 года составил карту всего неба в микроволновом и дальнем ИК-диапазонах: два научных инструмента на его борту (низкочастотный LFI и высокочастотный HFI) получали изображения и измеряли поляризацию на девяти различных частотах в диапазоне от 30 до 857 гигагерц. Объем полученной информации оказался так велик, что хотя первая общедоступная карта и сопутствующие материалы были опубликованы в марте 2013 года, их обработка продолжалась еще два года после окончания работы телескопа. Лишь в феврале 2015 вышел полный релиз (вполне возможно, еще не окончательный), в котором была представлена уточненная и обработанная карта. Ее дополнял и целый ряд статей, в которых использовались данные «Планка»: подтверждение доли темной материи во Вселенной (26 процентов), подтверждение текущей модели Вселенной (также известной как лямбда-CDM), наличие только трех типов нейтрино (закрытие дискуссии о существовании стерильного нейтрино) и так далее.

Сегодняшняя статья рассказывает о попытках приспособить карты «Планка» для поиска скоплений галактик на больших красных смещениях. Для этого был составлен каталог потенциально интересных объектов. Первым (пробным, но, будем надеяться, далеко не последним) объектом стала структура, названная PHz G95.5-61.6. Она удалена от нас на расстояние примерно в 10,5 миллиардов световых лет.

Давайте разбираться, почему это на самом деле так интересно. Для этого нужно помнить про два очень важных фактора наблюдательной астрофизики. Во-первых, это существование красного смещения для внегалактических источников: чем дальше от нас объект, тем в более сильнее растягиваются длины волн его излучения. Если на самом деле он синий, то мы будем видеть его желтым, если он еще дальше — то красным, а если он совсем далеко — он станет инфракрасным. Во-вторых, это ограничения на угловое разрешение телескопов, которое определяется эмпирической формулой Рэлея δ = λ/D, то есть чем больше длина волны λ, тем дальше друг от друга должны быть объекты, чтобы они не сливались в один при наблюдении на телескопе с диаметром зеркала D. Кроме того, важную роль играют технологические ограничения. Исторически сложилось, что человечество достигло наибольшего прогресса в производстве CCD-матриц, которые работают в оптическом диапазоне, в то время как ИК- или микроволновые детекторы существенно менее чувствительны.

Читать дальше.