Výkonný ďalekohľad Subaru v Hawai'i našiel najvzdialenejšiu galaxiu, akú kedy videli, ktorá sa nachádza vo vzdialenosti 12,88 miliárd svetelných rokov - to je len 780 miliónov rokov po Veľkom tresku. Pozorovanie predmetov je veľmi vzdialené, nielen kvôli veľkým vzdialenostiam, ale aj preto, že veľká časť vesmíru bola za neutrálnym vodíkom zakrytá. Až potom hviezdy začali čistiť tento neutrálny vodík, vďaka čomu bol vesmír priehľadný.
Astronómovia používajúci ďalekohľad Subaru v Hawai'i hľadali o 60 miliónov rokov ďalej v čase ako iní astronómovia, aby našli najvzdialenejšiu známu galaxiu vo vesmíre. Pritom presadzujú rekord Subaru pri hľadaní najvzdialenejších a najstarších známych galaxií. Ich posledným objavom je galaxia s názvom I0K-1, ktorá leží tak ďaleko, že ju vidia astronómovia tak, ako sa objavila pred 12,88 miliardami rokov.
Tento objav založený na pozorovaniach Masanori Iye z Národného astronomického observatória Japonska (NAOJ), Kazuaki Ota z Tokijskej univerzity, Nobunari Kashikawa z NAOJ a ďalších naznačuje, že galaxie existovali len 780 miliónov rokov po vzniku vesmíru. asi pred 13,66 miliardami rokov ako horúca polievka elementárnych častíc.
Na detekciu svetla z tejto galaxie astronómovia použili Suprime-Cam kameru Subaru s ďalekohľadom vybavenú špeciálnym filtrom na vyhľadávanie kandidátskych vzdialených galaxií. Našli 41 413 objektov a z nich identifikovali dve kandidátske galaxie na ďalšie štúdium pomocou kamery slabých objektov a spektrografu (FOCAS) na Subaru. Zistili, že IOK-1, najsvetlejší z nich, má červený posun 6,964, čo potvrdzuje jeho vzdialenosť 12,88 miliárd svetelných rokov.
Objav vyzýva astronómov, aby presne určili, čo sa stalo medzi 780 a 840 miliónmi rokov po Veľkom tresku. IOK-1 je jednou z iba dvoch galaxií v novej štúdii, ktorá by mohla patriť do tejto vzdialenej epochy. Vzhľadom na počet galaxií, ktoré boli objavené od 840 miliónov rokov po Veľkom tresku, výskumný tím očakával, že v tejto vzdialenosti nájde až šesť galaxií. Porovnávacia vzácnosť predmetov, ako je IOK-1, znamená, že vesmír sa musel zmeniť za 60 miliónov rokov, ktoré oddeľujú tieto dve epochy.
Najzaujímavejšou interpretáciou toho, čo sa stalo, je to, že vidíme udalosť známu astronómom ako reionizáciu vesmíru. V tomto prípade, 780 miliónov rokov po Veľkom tresku, mal vesmír ešte stále dosť neutrálneho vodíka, aby blokoval náš pohľad na mladé galaxie tým, že absorboval svetlo produkované ich horúcimi mladými hviezdami. O šesťdesiat miliónov rokov neskôr bolo dosť horúcich mladých hviezd na ionizáciu zvyšného neutrálneho vodíka, vďaka čomu bol vesmír priehľadný a umožnil nám vidieť ich hviezdy.
Ďalšia interpretácia výsledkov hovorí, že po Veľkom tresku bolo o 780 miliónov rokov menej veľkých a jasných mladých galaxií o 60 miliónov rokov neskôr. V tomto prípade by sa väčšina reionizácie uskutočnila skôr ako pred 12,88 miliardami rokov.
Bez ohľadu na to, ktorá interpretácia nakoniec zvíťazí, objav signalizuje, že astronómovia teraz vykopávajú svetlo z „temného veku“ vesmíru. Toto je epocha, keď vznikli prvé generácie hviezd a galaxií, a epocha, ktorú astronómovia doteraz nedokázali pozorovať.
INFORMÁCIE O SÚVISLOSTI:
Archeológia raného vesmíru pomocou špeciálnych filtrov
Novonarodené galaxie obsahujú hviezdy so širokým spektrom hmotností. Ťažšie hviezdy majú vyššie teploty a vyžarujú ultrafialové žiarenie, ktoré ohrieva a ionizuje blízky plyn. Pri ochladzovaní plynu vyžaruje nadbytočnú energiu, takže sa môže vrátiť do neutrálneho stavu. V tomto procese vodík vždy vyžaruje svetlo s veľkosťou 121,6 nanometrov, ktorá sa nazýva Lymanova alfa línia. Akákoľvek galaxia s mnohými horúcimi hviezdami by mala jasne svietiť pri tejto vlnovej dĺžke. Ak sa hviezdy tvoria naraz, najjasnejšie hviezdy by mohli produkovať lýmanovu emisiu alfa po dobu 10 až 100 miliónov rokov.
Aby bolo možné študovať galaxie typu IOK-1, ktoré existujú vo vesmíre v ranom období, musia astronómovia hľadať lýmanovo-alfa svetlo, ktoré sa pri rozširovaní vesmíru natiahne a redshiftuje na dlhšie vlnové dĺžky. Pri vlnových dĺžkach dlhších ako 700 nanometrov sa však astronómovia musia zaoberať emisiami v popredí z molekúl OH vo vlastnej zemskej atmosfére, ktoré rušia slabé emisie zo vzdialených objektov.
Aby sa zistilo slabé svetlo zo vzdialených galaxií, výskumný tím pozoroval na vlnových dĺžkach, kde zemská atmosféra príliš žiarila, cez okná na 711, 816 a 921 nanometroch. Tieto okná zodpovedajú emisii Lyman-alfa s červeným posunom z galaxií s červeným posunom 4,8, 5,7 a 6,6. Tieto čísla ukazujú, o koľko menší bol vesmír v porovnaní s dneškom, a zodpovedajú 1,26 miliárd rokov, 1,01 miliárd rokov a 840 miliónom rokov po Veľkom tresku. Je to ako robiť archeológiu raného vesmíru pomocou zvláštnych filtrov, ktoré umožňujú vedcom nahliadnuť do rôznych vrstiev vykopávok.
Na získanie svojich úžasných nových výsledkov musel tím vyvinúť filter citlivý na svetlo s vlnovými dĺžkami iba okolo 973 nanometrov, čo zodpovedá emisii Lymana alfa pri červenom posunutí 7,0. Táto vlnová dĺžka je na hranici moderných CCD, ktoré strácajú citlivosť pri vlnových dĺžkach dlhších ako 1 000 nanometrov. Tento typ filtra s názvom NB973 používa technológiu viacvrstvového poťahovania a vývoj trvalo viac ako dva roky. Filter nielenže musel prechádzať svetlom s vlnovými dĺžkami iba okolo 973 nanometrov, ale musel tiež rovnomerne pokryť celé zorné pole hlavného zaostrenia ďalekohľadu. Tím spolupracoval so spoločnosťou Asahi Spectra Co.Ltd, aby navrhol prototypový filter, ktorý sa dá použiť s kamerou Faru Object Subaru, a potom túto skúsenosť využil na vytvorenie filtra pre Suprime-Cam.
Pripomienky
Pozorovania s filtrom NB973 sa uskutočnili na jar roku 2005. Po viac ako 15 hodinách expozície dosiahli získané údaje limitnú veľkosť 24,9. Na tomto obrázku bolo 41 533 objektov, ale porovnanie s obrázkami nasnímanými na iných vlnových dĺžkach ukázalo, že iba dva z týchto objektov boli jasné iba na obrázku NB973. Tím dospel k záveru, že iba tieto dva objekty môžu byť galaxiami s červeným posunom 7,0. Ďalším krokom bolo potvrdenie totožnosti týchto dvoch objektov, IOK-1 a IOK-2, a tím ich pozoroval pomocou kamery slabých objektov a spektrografu (FOCAS) na teleskopu Subaru. Po 8,5 hodinách expozície bol tím schopný získať spektrum emisnej linky od jasnejšieho z dvoch objektov, IOK-1. Jeho spektrum vykazovalo asymetrický profil, ktorý je charakteristický pre emisie Lyman-alfa zo vzdialenej galaxie. Emisná čiara bola centrovaná na vlnovej dĺžke 968,2 nanometrov (redshift 6,964), čo zodpovedá vzdialenosti 12,88 miliárd svetelných rokov a času 780 miliónov rokov po Veľkom tresku.
Identita druhej kandidátnej galaxie
Tri hodiny pozorovacieho času nepriniesli žiadne presvedčivé výsledky na určenie povahy IOK-2. Výskumný tím odvtedy získal viac údajov, ktoré sa teraz analyzujú. Je možné, že IOK-2 môže byť ďalšou vzdialenou galaxiou alebo to môže byť objekt s premenlivým jasom. Napríklad galaxia so supernovou alebo čiernou dierou aktívne prehltáva materiál, ktorý sa práve pri pozorovaní s filtrom NB973 javil ako jasný. (Pozorovania v ostatných filtroch boli vykonané o jeden až dva roky skôr.)
Hlboké pole Subaru
Teleskop Subaru je obzvlášť vhodný na vyhľadávanie najvzdialenejších galaxií. Zo všetkých 8- až 10-metrových ďalekohľadov na svete je to jediný, ktorý je schopný namontovať fotoaparát s hlavným zameraním. Hlavné zameranie v hornej časti trubice ďalekohľadu má výhodu širokého zorného poľa. Výsledkom je, že Subaru v súčasnosti dominuje na zozname najvzdialenejších známych galaxií. Mnohé z nich sú v oblasti oblohy v smere konštelácie Coma Berenices nazvanej Subaru Deep Field, ktorú výskumný tím vybral na intenzívne štúdium na mnohých vlnových dĺžkach.
Raná história vesmíru a formovanie prvých galaxií
Aby sme tento úspech Subaru dostali do kontextu, je dôležité preskúmať, čo vieme o histórii raného vesmíru. Vesmír začal veľkým treskom, ku ktorému došlo asi pred 13,66 miliardami rokov v ohnivom chaose extrémnej teploty a tlaku. Počas prvých troch minút sa detský vesmír rýchlo rozšíril a ochladil a vytvoril jadrá ľahkých prvkov, ako je vodík a hélium, ale len veľmi málo jadier ťažších prvkov. Za 380 000 rokov sa veci ochladili na teplotu okolo 3 000 stupňov. V tom okamihu by sa elektróny a protóny mohli spojiť za vzniku neutrálneho vodíka.
S elektrónmi, ktoré sú teraz viazané na atómové jadrá, mohlo svetlo cestovať vesmírom bez toho, aby boli elektrónmi rozptýlené. Môžeme skutočne zistiť svetlo, ktoré vtedy preniklo do vesmíru. Avšak, kvôli času a vzdialenosti, bol roztiahnutý faktorom 1000, ktorý vyplnil vesmír žiarením, ktoré sme zistili ako mikrovlny (nazývané Kozmické mikrovlnné pozadie). Kozmická sonda Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) študovala toto žiarenie a jej údaje umožnili astronómom vypočítať vek vesmíru okolo 13,66 miliárd rokov. Okrem toho tieto údaje naznačujú existenciu takých vecí, ako je temná hmota a ešte tajomnejšia temná energia.
Astronómovia si myslia, že v priebehu niekoľkých stoviek miliónov rokov po Veľkom tresku sa vesmír naďalej ochladzoval a že prvá generácia hviezd a galaxií sa vytvorila v najhustejších oblastiach hmoty a temnej hmoty. Toto obdobie je známe ako „temné veky“ vesmíru. Zatiaľ neexistujú žiadne priame pozorovania týchto udalostí, takže astronómovia používajú počítačové simulácie na spojenie teoretických predpovedí a existujúcich pozorovacích dôkazov, aby pochopili vznik prvých hviezd a galaxií.
Akonáhle sa zrodia jasné hviezdy, ich ultrafialové žiarenie môže ionizovať blízke atómy vodíka tým, že ich rozdelí späť na samostatné elektróny a protóny. V určitom okamihu bolo dosť jasných hviezd na ionizáciu takmer všetkého neutrálneho vodíka vo vesmíre. Tento proces sa nazýva reionizácia vesmíru. Obdobie reionizácie signalizuje koniec temných vekov vesmíru. Dnes je väčšina vodíka v priestore medzi galaxiami ionizovaná.
Určenie epochy reionizácie
Astronómovia odhadujú, že k reionizácii došlo niekedy medzi 290 až 910 miliónmi rokov po narodení vesmíru. Určenie začiatku a konca epochy reionizácie je jedným z dôležitých odrazových mostíkov k pochopeniu vývoja vesmíru a je oblasťou intenzívneho štúdia kozmológie a astrofyziky.
Zdá sa, že keď sa pozrieme ďalej v čase, galaxie sú zriedkavejšie a vzácnejšie. Počet galaxií s červeným posunom 7,0 (čo zodpovedá času asi 780 miliónov rokov po Veľkom tresku) sa zdá menší ako to, čo vidia astronómovia pri červenom posunu 6,6 (čo zodpovedá času asi 840 miliónov rokov po Veľkom tresku) , Pretože počet známych galaxií pri červenom posune 7,0 je stále malý (iba jedna!), Je ťažké urobiť spoľahlivé štatistické porovnania. Je však možné, že pokles počtu galaxií pri vyššom červenom posunu je spôsobený prítomnosťou neutrálneho vodíka absorbujúceho emisie Lymana z galaxií pri vyššom červenom posune. Ak ďalší výskum môže potvrdiť, že hustota počtu podobných galaxií klesá medzi červeným posunom 6,6 a 7,0, mohlo by to znamenať, že IOK-1 existoval počas epochy reionizácie vesmíru.
Tieto výsledky budú uverejnené v septembri 2006, vydanie časopisu Nature.
Pôvodný zdroj: Subaru News Release
