Пізнання Всесвіту приходить до нас не лише від величезних та дорогих обсерваторії. Свій внесок роблять й астрономи-аматори, що не можуть похизуватися дорогою оптикою, але мають невтримну жагу до цієї справи.

Від часів Галілея, котрий вперше поглянув на зорі крізь лінзи телескопа, і до середини 19-го століття, астрономи спостерігали за зірками через окуляр. Так вони змогли зібрати величезну кількість інформації та створити саморобні атласи, де замальовували побачене.

Потім настав вік фотографій, які почали використовувати у наукових дослідженнях практично з часу свого відкриття. Метод фотографії став інструментом для документації нових, досі невідомих феноменів. Вже на початку 20 століття, досягнення в області фотографії дозволили професійним астрономам відкласти вбік олівці, відчахнутися від окулярів та почати використовувати скляні пластини та фотоемульсії.

Нові технологічні досягнення дозволили астрономам-любителям, навіть зі своєю достатньо скромною апаратурою, долучитись до «закритої тусовки» професійних астрономів. Одним з таких аматорів був Ендрю Ейнслі Коммон. У 1883 він зробив першу астрофотографію тьмяних структур у туманності Оріона (M42), які не можна побачити в окуляр телескопа. Його метод розворушив наукову спільноту і ми отримали безліч зображень об’єктів навколишнього Всесвіту.

Прокладаючи шлях

З початком 21 століття настала ера цифрових зображень, що прийшли на зміну хімічному фотографуванню. Так професійні спостереження поступово стали перетворюватись на заняття, що доступне кожному. Це дозволило астрономам-любителям, за відносно невисоку ціну, придбати необхідну комп’ютерну техніку та ПЗЗ-матриці (прилад із зарядним зв’язком), які було розроблено спеціально для використання на невеликих телескопах. Спеціальні електромотори, що закріплені на штативі дозволяють з безпрецедентною точністю відстежувати будь-який небесний об’єкт. Після наведення на ціль, телескоп продовжує слідувати за об’єктом, що дозволяє отримувати зображення з високою роздільною здатністю.

В результаті, навіть, з недорогим обладнанням, можна отримати надглибокі зображення найближчих масивних галактик або фільмувати великі ділянки неба з безпрецедентною глибиною. Так з’явився новий вид співпраці між астрофотографами-аматорами світового рівня та командами професійних астрономів, які досліджують одне з фундаментальних понять сучасної астрофізики: Як виникли масивні галактики такі, як наш Чумацький Шлях?

Стандартна модель формування Всесвіту стверджує, що витончені галактичні спіралі, що має наша власна галактика Чумацький Шлях, утворюються ієрархічним методом. Це стається, коли більші галактики захоплюють менші, які можуть складатися лише з темної матерії. Сучасні комп’ютерні моделі показують, що Локальна група та найближчі галактики можуть містити сліди давнього галактичного канібалізму.

За останнє десятиліття аматорські обсерваторії зафіксували, часто вперше, різноманітні гігантські структури навколо масивних галактик. Ці приватні обсерваторії зробили фотографії раніше невідомих зоряних систем, які хоч і мають невелику світимість, але знаходяться досить недалеко від нас. Також аматори використовують телеоб’єктиви, щоб фільмувати взаємодію між Магеллановою Хмарою та іншими супутниковими галактиками. Всі ці захоплюючі кадри допомагають нам зрозуміти, як проходила еволюція галактик та порівняти отримані результати з нашими прогнозами.

Аматори за роботою

Астрономи-аматори з Америки, Європи та Чилі зараз займаються надглибокими спостереженнями за найближчими спіральними галактиками. Для цього вони використовують власні високоякісні алохроматичні (без аберації) телескопи з системою Річі-Кретьена (система телескопів-рефлекторів). Апертура цих телескопів варіюється від 4 до 32 дюймів (0,1 -0,8 метра). Спостереження проводяться вночі за відсутності хмар. Оглядається 1,5″ зоряного неба.

Разом з цими досить недорогими телескопами, що подекуди комплектуються телеоб’єктивами, використовують стандартні CCD камери з сенсорами зображення останнього покоління. Вони здатні оглядати величезні ділянки неба з неймовірною глибиною, лише у три рази слабшою за класичну фотопластину, які використовують на Паламарській обсерваторії або у сучаснішому проекті Слоанівського цифрового огляду неба (SDSS).

Чутливі камери та відсутність конкуренції за час спостереження, що точиться між професійними командами, дозволяє роботизованим аматорським установкам бути на передовій надглибокої астрофотографії. Так вони можуть проводити високоефективні дослідження структур, що знаходяться у найближчих тьмяних галактиках. Щоб отримати такі кадри у видимому діапазоні потрібно довга, 6,7 або 8-годинна експозиція та використання світлового фільтра з високою пропускною здатністю для кожної цілі. Для того, щоб захопити всі нечіткі структури галактичних гало, у фотокамерах використовують вузькосмугові фільтри Hydrogen-alpha.

Ці спостереження демонструють спроможності малих телескопів спостерігати за тьмяними, габаритними структурами на великих ділянках неба навколо найближчих галактик. По-перше, невеликі телескопи з короткою фокусною відстанню разом з однокристальними камерами здатні охопити широке поле зору. По-друге, використання однокристальних детекторів полегшує вирівнювання зовнішніх областей навколо галактик у порівнянні зі стандартними багатокристальними детекторними панелями, які встановлюються на професійних телескопах (їх налаштування потребує значного часу). Врешті-решт, яскраві об’єкти засвічують тьмяні на кардах, що отримані на великих професійних телескопах. Погодні умови на різних ділянках спостереження теж впливають на якість зображення з таких інструментів (телескопи можуть бути розкидані на певній площі), тому на них можуть утворюватись артефакти (вади на зображеннях). Вони  ускладнюють виявлення побляклих структур. Звичайно, вчені можуть обробити ці зображення, але це великі витрати людино-годин для отримання обмеженої кількості інформації.

У пошуках зоряних потоків

Комп’ютерні моделі стверджують, що зоряні гало містять різноманітні приливні потоки зоряних залишків. Їх можуть виявити спостереження з довгою експозицією. Найбільш примітними об’єктами можуть бути ті, що обертаються навколо головної галактики, але зберігають залишки структур супутникової галактики з якої вони походять.

У цих потоках не можна угледіти окремі зірки і вони виглядають, як розтягнуті смуги світла, що мають протяжність у декілька кутових хвилин. Щоб знайти подібні об’єкти треба робити кадри з довгою експозицією та широким полем зору, які здатні захопити околиці досліджуваної галактики. Протягом останнього десятиліття співпраця з астрономами-аматорами ведеться у рамках проекту Stellar Tidal Stream Survey, що має на меті фільмувати найближчі спіральні галактики.

Ці спостереження дозволили виявить понад 50, раніше невідомих, приливних потоків навколо досліджуваних цілей. Така різноманітність цих тьмяних структур – доказ, що підтверджує гіпотезу ієрархічної природи у формування галактик. Саме це твердження витікає зі стандартної космологічної моделі.

На додачу до кругових особливостей, які схожі з нашим потоком Стрільця, що обертається навколо Чумацького Шляху, отримані дані виявили незвичні структури. Так, наприклад, деякі з них схожі на парасольки з довгими, вузькими ручками. Ці вузькі потоки з залишків поглинутих галактик тягнуться на багато тисяч світлових років та часто охоплюють головну галактику з двох сторін. Також аматорам вдалося виявити ізольовані скупчення, гігантськи хмари залишок всередині гало галактик, реактивні шипи, що стирчать з галактичних дисків, величезні завитки та розтягнуті дифузні структури. Все це, залишки колись поглинутих супутникових галактик.

Одним з визначних досягнень було відкриття зоряного потоку навколо галактики NGC 4449, ізольованої галактики неправильної форми, що схожа на нашу Велику Магелланову Хмару. Це найменша за масою галактика, у якої підтвердили існування зоряного потоку. Це свідчення того, що зоряна акреція відіграє надважливу роль у формуванні зоряного гало у галактик з малою масою і певною мірою стимулює процес зоре утворення.

Відкриття супутникових галактик

Коли астрономи-аматори оглядають небо у пошуках зоряних потоків, вони часто знаходять інші тьмяні об’єкти зокрема, карликові галактики, що обертається навколо спіралей материнських галактик. Це дуже цікаве відкриття, бо складні комп’ютерні моделі передбачають існування великої кількості малих гало темної матерії у нашій ділянці Всесвіту. Проте наші теорії, щодо формування галактик досі не можуть визначити, які з цих гало будуть мати власні зоряні системи. Тому астрономи намагаються провести повну інвентаризацію всіх карликових галактик. Вони каталогізують супутникові та ізольовані карликові галактики і ті, що поки знаходяться неподалік від своїх масивних сусідок. Втім виявити такі структури можна лише при огляді великих ділянок неба з довгою експозицією.

Питанням пошуку тьмяних супутникових галактик займається дуже обмежена кількість наукових груп. Деякі з проекту Stellar Tidal Stream Survey також залучені до проекту Dwarf Galaxy Survey with Amateur Telescopes (Пошук карликових галактик аматорськими телескопами). Крім того, німецькими та австрійськими астрофотографами започаткований проект Tief Belichtete Galaxies. Його учасники спеціалізуються на глибоких зображеннях галактик з довгою експозицією. Вони полюють на карликові галактики і для цього використовують спеціальне програмне забезпечення, що підбирає вірогідних кандидатів. Потім, проводиться детальне фотометричне та структурне вивчення цих об’єктів.

Найчастіше ізольовані сфероїдальні галактики складаються зі старих зірок та малої кількості газу, що унеможливлює подальший процес зореутворення. Ці далекі зоряні системи – дуже цікаві об’єкти для вивчення. Фактично, вони виступають лабораторіями, де вчені можуть зрозуміти, чому 10 мільярдів років тому тут зупинився зореутворюючий процес. Для прикладу, Donatiello I, карликова сфероїдальна галактика, яку відкрив італійський астрофотограф Джузеппе Донатєлло під час візуального аналізу глибоких зображень отриманих з 5 дюймового (127 см) рефрактора. Згодом відкриття було підтверджено кадрами Слоанівського проекту (SDSS) та спостереженнями 3,6-метрового телескопа Галілео та 10,4-метровим телескопом Gran TeCan. Обидва знаходяться на Канарських островах. Ця група зірок знаходиться на відстані 1° від Міраха (бета Андромеди). Вчені припускають, що це найізольованіша карликова галактика в Місцевій групі.

Взаємодії у Магеллановій хмарі

Безперечно існують й інші об’єкти за якими ми можемо вивчати формування та еволюцію карликових галактик. Одними з такий можуть бути дві найбільші супутникові галактики Чумацького Шляху, а саме Магелланові Хмари. У цих регіонах й досі залишилися докази минулої взаємодії між цими карликовими галактиками та нашою материнською. Зокрема, вчені звертають увагу на викривлення, згустки, дуги та щільні зоряні області.

Щоб виявити такі докази проводять глибоку ширококутну зйомку периферійних районів Магелланових Хмар. Натхненні астрофотографіями астронома Жерара де Вокулера, що були зроблені ще у 50-х роках минулого століття, вчені започаткували новий проект з отримання глибоких зображень Хмар. Для цього використовують недорогі телеоб’єктиви, проте навіть з ними на панорамних зображеннях вдалося зафільмувати щільну, схожу на раковину молюска область, що обертається на околицях малої Магелланової Хмари.

Фотометричні дослідження проекту Magellanic Stellar History  (Зоряна історія Магелланової Хмари) показали, що зоряні потоки (раковина навколо галактики) складаються з молодих зірок. Скоріше за все, вони виникли під час гравітаційної взаємодії з Великою Магеллановою Хмарою та/або Чумацьким Шляхом близько 150 мільйонів років тому. У результатах останніх досліджені стверджується, що обидві Магелланові Хмари зіштовхнулись з певним об’єктом в один і той самий час.

Чи роблять аматорські спостереження внесок у науку?

Беручи до уваги всі перераховані вище дослідження, стає очевидним, що зрозуміти, як формуються галактики можна і без величезних, професійних інструментів. Важливі наукові відкриття, які розширюють наше розуміння Всесвіту, стають можливі, коли аматори зі скромними інструментами діють у взаємодії з професіоналами, щоб досягти видатних цілей.

Джерело