Obrazový kredit: ESO
Hoci je vesmír v súčasnosti celkovo béžový, podľa astronómov s Európskou južnou observatóriou bol skôr modrý. Astronómovia vypočítali vzdialenosť a farbu na 300 galaxií, ktoré boli obsiahnuté v prieskume Hubble Deep Sky, ktorý sa hlboko pozrel na oblasť oblohy v južnej konštelácii Toskánska.
Medzinárodný tím astronómov [1] určil farbu vesmíru, keď bol veľmi mladý. Zatiaľ čo vesmír je teraz trochu béžový, v dávnej minulosti bol oveľa modrejší, v čase, keď mal iba 2 500 miliónov rokov.
Toto je výsledok rozsiahlej a dôkladnej analýzy viac ako 300 galaxií pozorovaných v malej oblasti južnej oblohy, tzv. Hubble Deep Field South. Hlavným cieľom tejto pokročilej štúdie bolo pochopiť, ako sa zhromaždil a zmenil hviezdny obsah vesmíru.
Holandský astronóm Marijn Franx, člen tímu z observatória Leiden (Holandsko), vysvetľuje: „Modrá farba skorého vesmíru je spôsobená prevažne modrým svetlom mladých hviezd v galaxiách. Červenlivejšia farba časopisu Space Magazine je spôsobená relatívne väčším počtom starších, červenších hviezd. “
Vedúci tímu Gregory Rudnick z Institutu Max-Planck pre Astrofyziku (Garching, Nemecko) dodáva: „Pretože celkové množstvo svetla vo vesmíre v minulosti bolo približne rovnaké ako dnes a mladá modrá hviezda emituje oveľa viac svetlo ako stará červená hviezda, v mladom vesmíre muselo byť podstatne menej hviezd, ako je tomu teraz. Naše nové zistenia naznačujú, že väčšina hviezd vo vesmíre bola vytvorená pomerne neskoro, nie tak dlho pred narodením nášho Slnka, vo chvíli, keď bol vesmír okolo 7 000 miliónov rokov. “
Tieto nové výsledky sú založené na jedinečných údajoch zozbieraných počas viac ako 100 hodín pozorovaní pomocou multimódového prístroja ISAAC v rámci veľmi veľkého ďalekohľadu ESO (VLT), ako súčasť významného výskumného projektu, prieskumu slabej infračervenej infračervenej energie (FIRES). Vzdialenosti ku galaxiám boli odhadnuté na základe ich jasu v rôznych optických pásmach blízkej infračervenej vlnovej dĺžke.
Pozorovanie raného vesmíru
Dnes je známe, že Slnko vzniklo asi pred 4,5 miliardami rokov. Kedy sa však vytvorila väčšina ostatných hviezd v našej domácej galaxii? A čo hviezdy v iných galaxiách? Toto sú niektoré z kľúčových otázok v súčasnej astronómii, na ktoré sa však dá odpovedať iba pozorovaním s najväčšími teleskopmi sveta.
Jedným zo spôsobov, ako riešiť tieto problémy, je priame pozorovanie veľmi mladého vesmíru - ohliadnutím v čase. Astronómovia preto využívajú skutočnosť, že svetlo vyžarované veľmi vzdialenými galaxiami prechádza dlho predtým, ako sa k nám dostanú. Keď sa teda astronómovia pozerajú na také vzdialené objekty, vidia ich, ako sa objavili už dávno.
Tieto vzdialené galaxie sú však veľmi slabé, a preto sú tieto pozorovania technicky náročné. Ďalšou komplikáciou je, že v dôsledku rozšírenia vesmíru sa svetlo z týchto galaxií posúva smerom k dlhším vlnovým dĺžkam [2], mimo rozsah optickej vlnovej dĺžky a do oblasti infračerveného žiarenia.
Aby bolo možné podrobne študovať tieto skoré galaxie, musia astronómovia používať najväčšie pozemné teleskopy, ktoré počas veľmi dlhých expozícií zhromažďujú svoje slabé svetlo. Okrem toho musia používať detektory citlivé na infračervené žiarenie.
Teleskopy ako obrie oči
„Hubble Deep Field South (HDF-S)“ je veľmi malá časť oblohy v južnom súhvezdí Tucanae („Toucan“). Bol vybraný na veľmi podrobné štúdie pomocou Hubbleovho vesmírneho teleskopu (HST) a ďalších výkonných ďalekohľadov. Optické snímky tohto poľa získané pomocou HST predstavujú celkový čas expozície 140 hodín. Mnoho pozemných ďalekohľadov tiež získalo obrázky a spektrá objektov v tejto oblasti oblohy, najmä ďalekohľady ESO v Čile.
Nebeská oblasť 2,5 x 2,5 arcmin2 v smere HDF-S bola pozorovaná v súvislosti s dôkladnou štúdiou (prieskum slabých infračervených lúčov; FIRES, pozri ESO PR 23/02). Je o niečo väčšia ako pole pokryté kamerou WFPC2 na HST, ale stále je 100-krát menšie ako plocha pokrytá úplňkom.
Kedykoľvek bolo toto pole viditeľné z observatória ESO Paranal a atmosferické podmienky boli optimálne, astronómovia ESO namierili v tomto smere ďalekohľad VLT ANTU s dĺžkou 8,2 m, pričom pomocou multimódového prístroja ISAAC snímali snímky blízke infračervenému žiareniu. Celkovo bolo pole pozorované viac ako 100 hodín a výsledné obrazy (pozri ESO PR 23/02) sú najhlbšími pozemnými pohľadmi v blízkych infračervených pásmach Js a H. Obraz v pásme Ks je najhlbšie aké kedy bolo pozorované v akomkoľvek poli oblohy v tomto spektrálnom pásme, či už zo zeme alebo z vesmíru.
Tieto jedinečné údaje poskytujú výnimočný pohľad a teraz umožňujú nebývalé štúdie o populácii galaxií v mladom vesmíre. Skutočne, kvôli výnimočným podmienkam videnia v Paranale majú dáta získané s VLT vynikajúcu ostrosť obrazu („videnie“ 0,48 arcsec) a môžu sa kombinovať s optickými údajmi HST s takmer žiadnou stratou kvality.
Modrejšia farba
Astronómovia dokázali na týchto obrazoch jednoznačne zistiť asi 300 galaxií. Pre každú z nich zmerali vzdialenosť určením červeného posunu [2]. Toto sa uskutočnilo pomocou novo vylepšenej metódy, ktorá je založená na porovnaní jasu každého objektu vo všetkých jednotlivých spektrálnych pásmach so skupinou blízkych galaxií.
Týmto spôsobom sa v teréne našli galaxie s červeným posunom až z = 3,2, čo zodpovedá vzdialenostiam okolo 11 500 miliónov svetelných rokov. Inými slovami, astronómovia videli svetlo týchto veľmi vzdialených galaxií, akoby boli, keď bol vesmír len asi 2,2 miliardy rokov starý.
Astronómovia potom určili množstvo svetla vyžarovaného každou galaxiou takým spôsobom, že účinky červeného posunu boli „odstránené“. To znamená, že zmerali množstvo svetla na rôznych vlnových dĺžkach (farbách), ako by to zaznamenal pozorovateľ v blízkosti tejto galaxie. Toto sa, samozrejme, týka iba svetla z hviezd, ktoré nie sú silne zakryté prachom.
Sčítaním svetla emitovaného pri rôznych vlnových dĺžkach všetkými galaxiami v danej kozmickej epoche mohli astronómovia tiež určiť priemernú farbu vesmíru („kozmická farba“) v tejto epoche. Okrem toho boli schopní zmerať, ako sa táto farba zmenila, keď sa vesmír stal starším.
Došli k záveru, že kozmická farba sa časom sčervená. Predovšetkým to bolo v minulosti oveľa modrejšie; teraz, vo veku takmer 14 000 miliónov rokov, má vesmír druh béžovej farby.
Kedy sa vytvorili hviezdy?
Zmena kozmickej farby s časom môže byť sama o sebe zaujímavá, ale je to tiež nevyhnutný nástroj na určenie toho, ako rýchlo sa hviezdy zhromaždili vo vesmíre.
Skutočne, zatiaľ čo formácia hviezd v jednotlivých galaxiách môže mať zložitú históriu, niekedy sa zrýchľujú do skutočných „hviezdnych výbuchov“, nové pozorovania - teraz založené na mnohých galaxiách - ukazujú, že „priemerná história“ formovania hviezd vo vesmíre je omnoho jednoduchšie. Toto je evidentné pozorovanou hladkou zmenou kozmickej farby, keď sa vesmír starol.
Použitím kozmickej farby mohli astronómovia tiež určiť, ako sa priemerný vek relatívne neobjavených hviezd vo vesmíre časom menil. Keďže vesmír bol v minulosti omnoho modrejší ako v súčasnosti, dospeli k záveru, že vesmír nevyrába toľko modrých (veľkých hmôt, krátko žijúcich) hviezd, ako to bolo predtým, zatiaľ čo súčasne červených (nízkej hmly) „hviezdy s dlhou životnosťou“ z predchádzajúcich generácií formácie hviezd sú stále prítomné. Modré, masívne hviezdy odumierajú rýchlejšie ako červené, nízkohmotné hviezdy, a preto sa so zvyšujúcim sa vekom skupiny hviezd odumierajú modré krátko žijúce hviezdy a priemerná farba skupiny je červenšia. Rovnako to urobil aj vesmír ako celok.
Toto správanie má určitú podobnosť s trendom starnutia v moderných západných krajinách, kde sa narodilo menej detí ako v minulosti a ľudia žijú dlhšie ako v minulosti, s celkovým účinkom, že priemerný vek populácie stúpa.
Astronómovia určili, koľko hviezd sa už vytvorilo, keď bol vesmír len asi 3 000 miliónov rokov. Mladé hviezdy (modrej farby) vyžarujú viac svetla ako staršie (červenšie) hviezdy. Keďže však v mladom vesmíre bolo asi toľko svetla, ako je dnes - hoci galaxie sú teraz oveľa červenavejšie - znamená to, že na začiatku vesmíru bolo menej hviezd ako dnes. V tejto štúdii sa uvádza, že v tom ranom čase bolo desaťkrát menej hviezd, ako je tomu teraz.
Astronómovia nakoniec zistili, že zhruba polovica hviezd v pozorovaných galaxiách sa vytvorila po čase, keď bol vesmír asi polovične starý (7 000 miliónov rokov po Veľkom tresku), aký je dnes (14 000 miliónov rokov).
Aj keď bol tento výsledok odvodený zo štúdie veľmi malého neba, a preto nemusí byť úplne reprezentatívny pre vesmír ako celok, preukázalo sa, že tento výsledok pretrváva aj v iných nebeských poliach.
Pôvodný zdroj: ESO News Release
