Галактики из «стога сена»

За последние десятилетия астрономами накоплено огромное количество наблюдательных данных. Их объем лавинообразно растет год от года, и это делает задачу поиска редкого объекта сравнимой с «поиском иголки в стоге сена». Но есть способы, которые выполняют роль магнита, вытягивая эту «иголку» из гигантского объема данных. Одним из таких способов является Виртуальная обсерватория (ВО) – новая инициатива в международном астрономическом сообществе, представляющая собой инфраструктуру для предоставления прозрачного доступа к каталогам, данным, средствам их обработки и анализа. Основной миссией ВО является увеличение научного выхода астрономических данных – как наблюдательных, так и теоретических. К настоящему моменту ВО достигла достаточной зрелости для решения многих серьезных научных задач.

Решение одной из таких задач описано в статье «Популяция компактных эллиптических галактик, обнаруженная с помощью Виртуальной обсерватории», опубликованной в журнале Science. Статья написана международной группой из восьми ученых, ведущим автором публикации является сотрудник Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга Игорь Чилингарян, работающий также во французской обсерватории Париж – Медон и Центре данных Виртуальной обсерватории в Париже. Одним из авторов статьи также является Сергей Додонов, глава лаборатории спектроскопии и фотометрии внегалактических объектов Специальной астрофизической обсерватории РАН, расположенной в Карачаево-Черкесии.

Предметом изучения коллектива ученых стали уникальные объекты – компактные эллиптические галактики.

Их светимость сопоставима со светимостью средней карликовой галактики, но при этом их размер в 10 раз меньше, а плотность, соответственно, в 1000 раз больше. Ближайшим представителем этого класса является объект M32 (на фото) – спутник галактики Андромеды M31.

До недавнего времени было известно всего шесть таких галактик. Кроме того, совсем недавно были найдены переходные типы – ультракомпактные карликовые галактики. Одна из шести компактных эллиптических галактик была открыта случайно, при анализе данных по скоплению галактик Abell 496. По результатам спектроскопии, сделанной на одном из 8-метровых телескопов VLT, и архивным данным с космического телескопа имени Хаббла было обнаружено, что вновь открытая компактная эллиптическая галактика является практически двойником M32, имея чуть большие размеры, что, вероятно, связано с окружением объекта.

Открытие компактной эллиптической галактики в скоплении Abell 496 привело группу ученых во главе с Игорем Чилингаряном к задаче систематического поиска таких объектов с использованием методов Виртуальной обсерватории. Эти галактики имеют малый линейный размер, с расстояния 50 мегапарсек с Земли они выглядят, как звезды, поэтому для исследования их структуры необходимо в первую очередь использовать космический телескоп. С использованием технологии Виртуальной обсерватории была создана система автоматического поиска и анализа данных, состоящая их нескольких этапов.

«Мы использовали новый ресурс, содержащий все данные, полученные на космическом телескопе в удобоваримом формате, готовый к научным исследованиям. Были использованы данные, полученные с широкоугольной и планетной камеры WFPC-2 для ближайших скоплений галактик, – рассказал «Газете.Ru» о ходе работы Игорь Чилингарян. – Сначала был извлечен каталог скоплений, из которых мы выбрали те, которые находятся на расстоянии не дальше, чем 200 мегапарсек, так как даже космический телескоп плохо разрешает эти объекты. Затем мы искали изображения этих скоплений, полученные космическим телескопом, автоматически их обрабатывали, при этом использовали два критерия: высокая поверхностная яркость и низкий эффективный радиус, то есть радиус, в котором находится 50 процентов света, половина светимости. В результате мы получили 63 скопления, где нашли 55 кандидатов в компактные эллиптические галактики. В общей сложности было проанализировано свыше 1200 изображений.

55 кандидатов по сравнению с теми шестью, что были известны до нашей работы, – это совершенно другой качественный уровень».

Для подтверждения того, что эти объекты являются компактными эллиптическими галактиками, требовались спектральные наблюдения, так как, по данным обзора, это могли быть галактики фона, и нужно было определить красное смещение (лучевую скорость), чтобы доказать принадлежность к скоплению. Авторами были сделаны запросы в крупные каталоги, а именно в обзор SDSS (Sloan Digital Sky Survey), полученный на 2,5-метровом телескопе в Нью-Мехико (США), и электронную базу данных астрономических объектов Vizier Service, принадлежащую Центру астрономических данных в Страсбурге. По данным SDSS было получено подтверждение для шести объектов, по данным Vizier Service – еще для восьми.

Для получения информации о более слабых объектах в августе 2008 года были проведены наблюдения на 6-метровом телескопе САО РАН. В результате все семь кандидатов в компактные эллиптические галактики, которые наблюдались в рамках данного исследования, получили спектральное подтверждение.

Таким образом, результатом работы стало открытие 21 новой компактной эллиптической галактики.

Все эти галактики имеют металличность выше, чем галактики подобных светимостей. Это, по мнению авторов, указывает на следующую идею об их формировании: они содержат звезды, которые были образованы в более крупных системах. Соответственно, учеными была предложена гипотеза формирования этих объектов – «обдирание», «вытягивание» приливными силами. Для подтверждения этой гипотезы было проведено численное моделирование на суперкомпьютере в Лозанне. Само по себе моделирование занимает около одной-двух недель вычислительного времени. Оно было запущено несколько раз с разными параметрами и полностью воспроизвело все свойства наблюдаемых объектов.

Отличительной особенностью данной работы является то, что все процессы в ней были полностью автоматизированы. «В течение дня можно полностью проделать всю эту работу, используя другие критерии, – утверждает Игорь Чилингарян. – Данное исследование является первым исследованием такого рода, где начальная часть выполнена с помощью Виртуальной обсерватории и потребовала продолжения в виде наблюдений и моделирования».

По мнению Чилингаряна, данная работа представляет собой реализацию новой концепции научного исследования в астрономии, которую можно применить и для любой другой области науки, где данные выкладываются в публичный доступ.

В частности, подобные массивы данных вскоре могут появиться в биологии и в химии.

«Поскольку технология Виртуальной обсерватории находится в постоянной эволюции и разработке, думаю, в будущем количество подобных исследований будет расти, и мы получим важные научные результаты, и так будет выглядеть значительная часть работ, – полагает Игорь Чилингарян. – Проблема в том, что у людей становится данных больше, чем они могут «переварить», и Виртуальная обсерватория – единственный способ разобраться во всем и снять сливки».