Gdy spoglądamy w nocne niebo, naszą uwagę w naturalny sposób przyciągają najjaśniejsze punkty. Jednak w kosmosie istnieją również ukryte obiekty, które mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia ewolucji galaktyk: galaktyki o niskiej jasności powierzchniowej (LSBG) oraz galaktyki ultra-rozproszone (UDG). Galaktyki LSBG i UDG są słabiej świecące niż ciemne nocne niebo, co stanowi poważne wyzwanie dla naukowców pragnących uzyskać ich wyraźne pomiary. Chociaż stanowią one jedynie 6–11% całkowitej jasności obserwowalnego Wszechświata, szacuje się, że mogą one stanowić aż 50% całkowitej liczby galaktyk. Z tego powodu kluczowe znaczenie ma zrozumienie ich właściwości, a także historii ich powstawania i ewolucji. We właśnie opublikowanym artykule zespół naukowców z Zakładu Astrofizyki Narodowego Centrum Badań Jądrowych, kierowany przez doktoranta Antonio Vanzanellę, zbadał nowe kandydatki na galaktyki typu UDG w celu potwierdzenia ich natury i precyzyjnego określenia ich właściwości.

Pomimo postępów w astronomii obserwacyjnej, galaktyki LSBG nadal są niezwykle trudne do wykrycia. Ich niska jasność powierzchniowa oznacza, że ich światło może zniknąć na tle ciemnego nocnego nieba, co sprawia, że są one trudnymi celami nawet dla dużych przeglądów astronomicznych. Jednak nowe generacje teleskopów, które mogą obserwować słabiej świecące obiekty, oraz coraz bardziej zaawansowane techniki analizy danych pozwalają badaczom wykrywać i badać obiekty, które wcześniej pozostawały ukryte w tle obserwacyjnym.

Szczególną grupą LSBG są tak zwane galaktyki ultra-rozproszone. Galaktyki UDG budzą szczególne zainteresowanie, ponieważ łączą w sobie niezwykle duże rozmiary ze stosunkowo niską jasnością. Ich właściwości mogą się znacznie różnić w zależności od otoczenia. Wiele galaktyk UDG występujących w gęstych gromadach galaktyk jest "czerwonych" i nieaktywnych, podczas gdy niektóre galaktyki UDG w mniej gęstych środowiskach są "niebieskie" i aktywnie tworzą gwiazdy. Odizolowane galaktyki UDG wykazują jednak różnorodne właściwości, a ich fizyczna natura pozostaje trudna do ustalenia ze względu na wyzwania związane z uzyskaniem obserwacji spektroskopowych.

Bez pomiarów spektroskopowych trudno jest wiarygodnie określić odległości galaktyk oraz ustalić ich rzeczywiste rozmiary, jasności i właściwości związane z formowaniem się gwiazd. Potwierdzenie spektroskopowe stanowi zatem ważny krok w kierunku zrozumienia prawdziwej natury tych słabo widocznych galaktyk.

Zespół naukowców z Zakładu Astrofizyki NCBJ skupił się na izolowanych kandydatach na galaktyki UDG, zidentyfikowanych w katalogu Dark Energy Survey przy użyciu algorytmów uczenia maszynowego. Poprzez dodatkowe obserwacje i analizę spektroskopową naukowcy dążyli do potwierdzenia natury tych obiektów oraz określenia kluczowych parametrów fizycznych, w tym ich tempa formowania się gwiazd (SFR) i mas gwiazdowych. Zbadali również, jak galaktyki te wpisują się w sekwencję główną formowania się gwiazd – zależność łączącą masy gwiazdowe i tempo powstania gwiazd.

Obserwacje przeprowadzono w Obserwatorium Large Binocular Telescope przy użyciu spektrografu Multi-Object Double Spectrograph (LBT/MODS) oraz w Observatoire de Haute-Provence (OHP) przy użyciu spektrografu MISTRAL zamontowanego na teleskopie T193. Po zastosowaniu kryteriów selekcji naukowcy przeanalizowali 17 kandydatów, dla których udało im się uzyskać pomiary spektroskopowe i zbadać ich właściwości fizyczne.

„Obserwacje spektroskopowe pozwoliły nam określić przesunięcia ku czerwieni oraz zmierzyć strumienie linii emisyjnych, które wykorzystaliśmy do oszacowania tempa formowania się gwiazd. Łącząc te wyniki z danymi fotometrycznymi i modelowaniem rozkładu energii widmowej, byliśmy również w stanie oszacować masy gwiazdowe kandydatów. Po uwzględnieniu istotnych efektów i korekt potwierdziliśmy, że 9 z 17 badanych obiektów to UDG. Pozostałe osiem to inne galaktyki o niskiej jasności powierzchniowej, w tym jedna gigantyczna galaktyka o niskiej jasności powierzchniowej (GLSBG) – podklasa charakteryzująca się wyjątkowo rozległym dyskiem optycznym” – wyjaśnia Antonio Vanzanella, doktorant w Zakładzie Astrofizyki NCBJ i główny autor artykułu opublikowanego w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.

Badanie podkreśla również znaczenie uwzględnienia tłumienia pyłu podczas obserwacji tych galaktyk. Pył może pochłaniać i rozpraszać światło emitowane przez gwiazdy i zjonizowany gaz, wpływając na interpretację ich obserwowanych właściwości. Uwzględnienie tego efektu jest zatem istotne przy szacowaniu tempa formowania się gwiazd oraz charakteryzowaniu nie tylko galaktyk typowych, ale także układów o niskiej jasności powierzchniowej.

Wyniki te pokazują, jak ważne jest połączenie głębokiego obrazowania z obserwacjami spektroskopowymi w badaniach galaktyk trudnych do wykrycia. Dzięki określeniu charakteru i właściwości fizycznych układów o niskiej jasności powierzchniowej badanie to dostarcza nowych informacji na temat różnorodności galaktyk rozproszonych oraz wyzwań związanych ze zrozumieniem ich powstawania i ewolucji.

Pełne wyniki badań są dostępne w publikacji: A. Vanzanella, K. Malek, Junais, E. Bernaud, A. Gargiulo, H. Thuruthipilly, K. Lisiecki, A. Pollo, M. Scodeggio, P. M. Weilbacher, S. Boissier, P. Franzetti, G. Lorenzon, A. Nanni, C. Adami, R. Gavazzi, O. Ilbert, S. Pal, N. Principi Cavaterra, Dissecting ultra-diffuse galaxies in the field: Observational biases and spectroscopic determination of physical properties in low surface brightness systems, A&A, 714, A296 (2026), DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202660916.