Obrazový kredit: ESO
Medzinárodný tím astronómov použil veľmi veľký ďalekohľad Európskeho južného observatória (VLT), aby sa pozrel hlboko do vesmíru a videl galaxie umiestnené vo vzdialenosti 12,6 miliárd svetelných rokov - tieto galaxie sú viditeľné, keď bol vesmír iba 10% jeho súčasného veku. Bolo nájdených len niekoľko starých galaxií a táto nová zbierka pomohla astronómom dospieť k záveru, že sú súčasťou kozmického temného veku, keď boli svetelné galaxie zriedkavejšie - o mnoho viac neskôr bolo len o 500 miliónov rokov.
Pomocou veľmi veľkého ďalekohľadu ESO (VLT) objavili dvaja astronómovia z Nemecka a Veľkej Británie [2] niektoré z najvzdialenejších galaxií, aké sa kedy videli. Nachádza sa asi 12 600 miliónov svetelných rokov.
Na prekonanie tejto obrovskej vzdialenosti vzalo svetlo, ktoré teraz zaznamenala VLT, asi deväť desatín veku vesmíru. Preto pozorujeme tieto galaxie tak, ako boli v čase, keď bol vesmír veľmi mladý, menej ako asi 10% jeho súčasného veku. V tom čase vznikol Vesmír z dlhého obdobia známeho ako „temné veky“ a vstupoval do žiarivej „kozmickej renesancie“.
Na rozdiel od predchádzajúcich štúdií, ktoré vyústili do objavenia sa niekoľkých široko rozptýlených galaxií v tejto ranej epoche, táto štúdia zistila najmenej šesť vzdialených občanov v oblasti malej oblohy, menej ako päť percent veľkosti splnu! To umožnilo pochopiť vývoj týchto galaxií a to, ako ovplyvňujú stav vesmíru v jeho mladosti.
Astronómovia predovšetkým na základe svojich jedinečných údajov dospeli k záveru, že vo vesmíre bolo v tomto ranom štádiu podstatne menej svetelných galaxií, než o 500 miliónov rokov neskôr.
Preto musí existovať veľa menej žiarivých galaxií v oblasti vesmíru, ktorú študovali, príliš slabé na to, aby sa dali zistiť v tejto štúdii. Musia to byť stále neidentifikované galaxie, ktoré emitujú väčšinu energetických fotónov potrebných na ionizáciu vodíka vo vesmíre v tom konkrétnom období.
Od Veľkého tresku po Kozmickú renesanciu
V súčasnosti je vesmír preniknutý energetickým ultrafialovým žiarením, ktoré produkujú kvasary a horúce hviezdy. Fotóny s krátkou vlnovou dĺžkou uvoľňujú elektróny z atómov vodíka, ktoré tvoria difúzne medzigalaktické médium, a toto je preto takmer úplne ionizované. V histórii vesmíru však existovala raná epocha, keď tomu tak nebolo.
Vesmír vychádzal z horúceho a mimoriadne hustého počiatočného stavu, takzvaného Veľkého tresku. Astronómovia sa teraz domnievajú, že sa to stalo asi pred 13 700 miliónmi rokov.
Počas niekoľkých prvých minút sa vytvorilo obrovské množstvo protónov, neutrónov a elektrónov. Vesmír bol tak horúci, že protóny a elektróny voľne plávali: Vesmír bol úplne ionizovaný.
Po asi 100 000 rokoch sa vesmír ochladil na niekoľko tisíc stupňov a jadrá a elektróny sa teraz spojili, aby vytvorili atómy. Kozmológovia označujú tento okamih ako „rekombinačnú epochu“. Mikrovlnné žiarenie pozadia, ktoré teraz pozorujeme zo všetkých smerov, zobrazuje stav veľkej uniformity vo vesmíre v tejto vzdialenej epoche.
Avšak, to bol tiež čas, keď sa vesmír ponoril do tmy. Na jednej strane bolo reliktné žiarenie z prvotnej ohnivej gule natiahnuté kozmickou expanziou smerom k dlhším vlnovým dĺžkam, a preto už viac nebolo schopné ionizovať vodík. Naopak, bol zachytený práve vytvorenými atómami vodíka. Na druhej strane ešte neboli vytvorené žiadne hviezdy ani kvázary, ktoré by osvetľovali obrovský priestor. Táto pochmúrna éra je preto celkom primerane označovaná ako „temný vek“. Pozorovania zatiaľ nedokázali preniknúť do tohto vzdialeného veku - naše znalosti sú stále základné a sú založené na teoretických výpočtoch.
O niekoľko stoviek miliónov rokov neskôr, alebo aspoň tak veria astronómovia, sa z obrovských oblakov plynu, ktoré sa pohybovali spolu, vytvorili niektoré úplne prvé masívne objekty. Prvá generácia hviezd a o niečo neskôr aj prvé galaxie a kvazary produkovali intenzívne ultrafialové žiarenie. Toto žiarenie však nemohlo zachádzať príliš ďaleko, pretože by bolo okamžite absorbované atómami vodíka, ktoré boli v tomto procese opäť ionizované.
Medzigalaktický plyn sa tak opäť stal ionizovaným v stále rastúcich sférach okolo ionizujúcich zdrojov. V určitom okamihu sa tieto sféry stali takými veľkými, že sa úplne prekrývali: hmla nad vesmírom sa zdvihla!
Bol to koniec temna a po opätovnom prevzatí pojmu z ľudskej histórie sa niekedy hovorí o „kozmickej renesancii“. Astronómovia, ktorí opisujú najvýznamnejšiu črtu tohto obdobia, ju nazývajú aj „epochou reionizácie“.
Nájdenie najvzdialenejších galaxií pomocou VLT
Aby sme vrhli nejaké svetlo na stav vesmíru na konci temného veku, je potrebné objaviť a študovať extrémne vzdialené (t. J. Vysoko-červené posuny [2]) galaxie. Môžu sa použiť rôzne metódy pozorovania - napríklad, vzdialené galaxie sa našli pomocou úzkopásmového zobrazovania (napr. ESO PR 12/03), použitím obrázkov, ktoré boli gravitačne vylepšené masívnymi zhlukami, a tiež serendipitous.
Matthew Lehnert z MPE v Garchingu v Nemecku a Malcolm Bremer z University of Bristol vo Veľkej Británii použili špeciálnu techniku, ktorá využíva zmenu pozorovaných farieb vzdialenej galaxie spôsobenú absorpciou v intervenujúcom medzigalaktickom médiu. Galaxie s červeným posunom 4,8 až 5,8 [2] možno nájsť hľadaním galaxií, ktoré sa javia porovnateľne jasné v červenom optickom svetle a ktoré sú slabé alebo nezistené v zelenom svetle. Takéto „prerušenia“ v distribúcii svetla jednotlivých galaxií poskytujú silný dôkaz o tom, že galaxia by sa mohla nachádzať pri vysokom červenom posunutí a že jej svetlo sa začalo na dlhej ceste smerom k nám, len asi 1 000 miliónov rokov po Veľkom tresku.
Na tento účel prvýkrát použili multimódový prístroj FORS2 na 8,2 m ďalekohľade VLT YEPUN na snímanie extrémne „hlbokých“ snímok pomocou troch optických filtrov (zelený, červený a veľmi červený) malej oblasti oblohy (40 štvorcových arcminov). alebo približne 5 percent veľkosti splnu). Tieto obrázky odhalili asi 20 galaxií s veľkými prestávkami medzi zeleným a červeným filtrom, čo naznačuje, že boli umiestnené pri vysokom červenom posunutí. Spektrá týchto galaxií sa potom získali s rovnakým prístrojom, aby sa zmerali ich skutočné červené posuny.
„Kľúčom k úspechu týchto pozorovaní bolo použitie veľkého nového červeného zosilňovača dostupného na FORS2,“ hovorí Malcolm Bremer.
Spektrá naznačujú, že šesť galaxií je umiestnených vo vzdialenosti zodpovedajúcej červeným posunom medzi 4,8 a 5,8; iné galaxie boli bližšie. Prekvapivo a podľa potešenia astronómov bola jedna emisná línia videná v inej slabej galaxii, ktorá bola pozorovaná náhodou (stalo sa, že je umiestnená v jednej zo štrbín FORS2), ktorá môže byť umiestnená ešte ďalej, pri červenom posunutí 6.6. Ak by to bolo potvrdené následnými podrobnejšími pozorovaniami, táto galaxia by bola uchádzačom o zlatú medailu ako najvzdialenejšia známa!
Najstaršie známe galaxie
Spektrá odhalili, že tieto galaxie sú aktívne tvoriace hviezdy a pravdepodobne nie sú staršie ako 100 miliónov rokov, možno ešte mladšie. Ich počet a pozorovaný jas však naznačujú, že svetelné galaxie pri týchto červených posunoch sú menej a menej svetelné ako podobné galaxie, ktoré sa k nám približujú.
„Naše zistenia ukazujú, že kombinované ultrafialové svetlo z objavených galaxií nestačí na úplnú ionizáciu okolitého plynu,“ vysvetľuje Malcom Bremer. „To nás vedie k záveru, že v oblasti vesmíru, v ktorom sme študovali, musí existovať oveľa viac menších a menej žiarivých galaxií, ktoré sú príliš slabé na to, aby sa dali zistiť týmto spôsobom. Tieto stále neviditeľné galaxie vyžarujú väčšinu energetických fotónov potrebných na ionizáciu vodíka vo vesmíre. “
„Ďalším krokom bude použitie VLT na nájdenie ďalších a slabších galaxií pri ešte vyšších červených posunoch,“ dodáva Matthew Lehnert. "Pri väčšej vzorke takýchto vzdialených objektov môžeme získať prehľad o ich povahe a o zmene hustoty ich oblohy."
Britská premiéra
Pripomienky, ktoré sú tu uvedené, patria medzi prvé významné objavy britských vedcov, pretože Spojené kráľovstvo sa stalo členom ESO v júli 2002. Richard Wade z Rady pre výskum častíc a fyziky častíc (PPARC), ktorý financuje britské predplatné ESO, je veľmi potešený „Pri vstupe do európskeho južného observatória získali britskí astronómovia prístup k popredným svetovým zariadeniam, ako je VLT. Tieto vzrušujúce nové výsledky, o ktorých som si istý, že ich ešte čaká veľa, ilustrujú, ako britskí astronómovia prispievajú k špičkovým objavom. “
Viac informácií
Výsledky opísané v tejto tlačovej správe sa objavia vo výskumnom časopise Astrofyzical Journal („Luminous Lyman Break Galaxies at z> 5 a Source of Reionization“ M. D. Lehnert a M. Bremer). Je k dispozícii elektronicky ako astro-ph / 0212431.
Poznámky
[1]: Toto je koordinovaná tlačová správa ESO / PPARC. Verzi vydania PPARC nájdete tu.
[2]: Túto prácu vykonali Malcolm Bremer (University of Bristol, Spojené kráľovstvo) a Matthew Lehnert (Max-Planck-inštitút Extraterrestrische Physik, Garching, Nemecko).
[3]: Namerané červené posuny galaxií v Bremerovom hlbokom poli sú z = 4,8 - 5,8, s jedným neočakávaným (a prekvapujúcim) červeným posunom 6,6. V astronómii červený posun označuje zlomok, o ktorý sa čiary v spektre objektu posunú smerom k dlhším vlnovým dĺžkam. Pozorovaný červený posun vzdialenej galaxie poskytuje odhad jej vzdialenosti. Vzdialenosti uvedené v tomto texte sú založené na veku vesmíru 13,7 miliárd rokov. Pri naznačenom červenom posune je Lyman-alfa línia atómového vodíka (pokojová vlnová dĺžka 121,6 nm) pozorovaná pri 680 až 920 nm, t.j. v červenej spektrálnej oblasti.
Pôvodný zdroj: ESO News Release
