Kreditna slika: ESO
Međunarodni tim astronoma koristio je vrlo veliki teleskop (VLT) Europskog opservatorija za jug da bi pogledao duboko u svemir i vidio galaksije udaljene 12,6 milijardi svjetlosnih godina - te se galaksije vide kada je svemir bio samo 10% njegove trenutne starosti. Pronađeno je nekoliko galaksija, a ova nova zbirka pomogla je astronomima da zaključe da su oni dio kozmičkog mračnog doba, kada su svjetlosne galaksije bile rijetke - bilo ih je mnogo više samo 500 milijuna godina kasnije.
Pomoću ESO-ovog vrlo velikog teleskopa (VLT), dva astronoma iz Njemačke i Velike Britanije [2] otkrila su neke od najudaljenijih galaksija ikad viđenih. Nalaze se na udaljenosti od oko 12 600 milijuna svjetlosnih godina.
Trebalo je svjetlo koje je sada zabilježio VLT oko devet desetine starosti svemira prijeći tu ogromnu udaljenost. Stoga promatramo te galaksije kakve su bile u vrijeme kada je Svemir bio vrlo mlad, manje od oko 10% svoje sadašnje dobi. U to vrijeme, Svemir je nastao iz dugog razdoblja poznatog kao "Mračno doba", ulazeći u blistavu epohu "Kozmičke renesanse".
Za razliku od prethodnih studija koje su rezultirale otkrićem nekoliko, široko raspršenih galaksija u ovoj ranoj epohi, ova je studija pronašla najmanje šest udaljenih građana unutar malog nebeskog područja, manje od pet posto veličine punog mjeseca! To je omogućilo razumijevanje evolucije tih galaksija i njihovog utjecaja na stanje Svemira u njegovoj mladosti.
Astronomi posebno zaključuju na temelju svojih jedinstvenih podataka da je u Svemiru u ovoj ranoj fazi bilo znatno manje svjetlosnih galaksija nego 500 milijuna godina kasnije.
Stoga u području svemira koje su proučavale mora postojati mnogo manje svjetlucavih galaksija, previše slabih da bi se otkrile u ovoj studiji. To moraju biti one još uvijek neidentificirane galaksije koje emitiraju većinu energetskih fotona potrebnih za ionizaciju vodika u Svemiru u toj posebnoj epohi.
Od Velikog praska do kozmičke renesanse
Danas je svemir prožet energičnim ultraljubičastim zračenjem, koje proizvode kvasari i vruće zvijezde. Fotoni kratke valne duljine oslobađaju elektrone od atoma vodika koji čine difuzni intergalaktički medij i posljednji je stoga gotovo u potpunosti ioniziran. Međutim, postojala je rana epoha u povijesti Univerzuma kada to nije bilo tako.
Svemir je nastao iz vrućeg i izuzetno gustog početnog stanja, takozvanog Velikog praska. Astronomi sada vjeruju da se to dogodilo prije oko 13.700 milijuna godina.
Tijekom prvih nekoliko minuta proizvedene su ogromne količine protona, neutrona i elektrona. Svemir je bio tako vruć da su protoni i elektroni slobodno plutali: Svemir je bio u potpunosti ioniziran.
Nakon nekih 100.000 godina, Svemir se ohladio na nekoliko tisuća stupnjeva, a jezgre i elektroni su sada spojeni u tvorbu atoma. Kozmolozi ovaj trenutak nazivaju "epohom rekombinacije". Mikrovalno pozadinsko zračenje koje sada promatramo iz svih smjerova prikazuje stanje velike jednolike u Svemiru u toj dalekoj epohi.
Međutim, ovo je bilo i vrijeme kada je Svemir potonuo u tamu. S jedne strane, relikvijsko zračenje iz prvobitne vatrene kugle bilo je proteženo kozmičkim širenjem prema duljim valnim duljinama i zbog toga više nije bilo u stanju ionizirati vodik. Suprotno tome, bili su zarobljeni upravo formiranim atomima vodika. S druge strane, još nisu formirane zvijezde ni kvazari koji bi mogli osvijetliti ogroman prostor. Stoga je ovo sumorno doba prilično razumno nazvano "mračnim vijekom". Promatranja još nisu uspjela prodrijeti u ovo daleko doba - naše je znanje i dalje rudimentarno i sve se temelji na teorijskim proračunima.
Nekoliko stotina milijuna godina kasnije, ili barem tako vjeruju astronomi, iz ogromnih oblaka plinova koji su se kretali zajedno, stvorili su se neki prvi masivni predmeti. Prva generacija zvijezda i, nešto kasnije, prve galaksije i kvazari, proizveli su intenzivno ultraljubičasto zračenje. Međutim, to zračenje nije moglo putovati jako daleko, jer bi ga odmah apsorbirali vodikovi atomi koji su u tom procesu ponovno ionizirani.
Intergalaktički plin je tako ponovno ioniziran u stalno rastućim sferama oko izvora ioniziranja. U jednom su trenutku ove sfere postale toliko velike da su se potpuno preklapale: magla nad Svemirom se podigla!
To je bio kraj mračnog doba i uz pojam koji je opet preuzet iz ljudske povijesti, ponekad se naziva i "kozmičkom renesansom". Opisujući najznačajnije obilježje ovog razdoblja, astronomi ga nazivaju i „epohom reionizacije“.
Pronalaženje najudaljenijih galaksija pomoću VLT-a
Da biste bacili malo svjetla na stanje Svemira na kraju Mračnog vijeka, potrebno je otkriti i proučiti izuzetno udaljene (tj. Velike crvene pomake [2]) galaksije. Mogu se koristiti različite metode promatranja - na primjer, udaljene galaksije pronađene su pomoću uskopojasnih slika (npr. ESO PR 12/03) upotrebom slika koje su gravitacijski pojačane masivnim klasterima, a također i neovisne.
Matthew Lehnert iz MPE-a iz Garchinga u Njemačkoj i Malcolm Bremer sa Sveučilišta u Bristolu u Velikoj Britaniji koristili su posebnu tehniku koja iskorištava promjenu promatrane boje daleke galaksije koja je uzrokovana apsorpcijom u intergalaktičkom mediju. Galaksije u crvenom pomaku od 4,8 do 5,8 [2] mogu se pronaći ako potražite galaksije koje se prikazuju razmjerno svijetlim crvenim optičkim svjetlom i koje su u zelenom svjetlu blijede ili se ne prepoznaju. Takvi "prekidi" u raspodjeli svjetlosti pojedinih galaksija daju snažne dokaze da se galaksija može nalaziti na visokom crvenom pomaku i da je njezino svjetlo krenulo svojim dugim putem prema nama, samo nekih 1000 milijuna godina nakon Velikog praska.
Za to su prvo koristili višenamjenski instrument FORS2 na 8,2-metarskom teleskopu VLT YEPUN kako bi snimili izuzetno „duboke“ slike kroz tri optička filtera (zelena, crvena i vrlo crvena) malog područja neba (40 četvornih lukova ili otprilike 5 posto veličine punog mjeseca). Ove su slike otkrile oko 20 galaksija s velikim razmacima između zelenog i crvenog filtra, što sugerira da su smještene na visokom crvenom pomaku. Spektri ovih galaksija tada su dobiveni istim instrumentom, kako bi se izmjerio njihov istinski pomak.
„Ključ uspjeha ovih opažanja bila je upotreba velikog novog detektora pojačanog crvenog svjetla, dostupnog na FORS2“, kaže Malcolm Bremer.
Spektri su naznačili da se šest galaksija nalazi na udaljenostima koje odgovaraju crvenom pomaku između 4,8 i 5,8; druge galaksije bile su bliže. Iznenađujuće, i na zadovoljstvo astronoma, jedna je emisijska linija uočena u drugoj slabašnoj galaksiji koja je slučajno uočena (slučajno se nalazila u jednoj od proreza FORS2) koja se možda nalazi još dalje, u crvenom pomaku od 6.6. Ako bi se to potvrdilo naknadnim detaljnijim opažanjima, ta bi galaksija bila kandidat za zlatnu medalju kao najdalje udaljena poznata!
Najstarije poznate galaksije
Spektri su otkrili da ove galaksije aktivno formiraju zvijezde i vjerojatno nisu starije od 100 milijuna godina, možda čak i mlađe. Međutim, njihov broj i promatrana svjetlina sugeriraju da su svjetlosne galaksije na tim crvenim pomacima manje i manje svjetleće od sličnih odabranih galaksija koje su nam bliže.
"Naša otkrića pokazuju da kombinirana ultraljubičasta svjetlost iz otkrivenih galaksija nije dovoljna da u potpunosti ionizira okolni plin", objašnjava Malcom Bremer. „To nas dovodi do zaključka da mora postojati mnogo više manjih i manje svjetlucavih galaksija u svemirskom području koje smo proučavali, previše slabe da bi bile otkrivene na ovaj način. To moraju biti ove još uvijek nevidljive galaksije koje emitiraju većinu energetskih fotona potrebnih za ionizaciju vodika u Svemiru. "
"Sljedeći korak bit će upotreba VLT-a za pronalaženje još i slabijih galaksija na još višim crvenim pomacima", dodaje Matthew Lehnert. "S većim uzorkom takvih udaljenih objekata, tada možemo dobiti uvid u njihovu prirodu i promjenu njihove gustoće na nebu."
Britanska premijera
Ovdje prikazana zapažanja među prvim su velikim otkrićima britanskih znanstvenika otkako je Velika Britanija postala članica ESO-a u srpnju 2002. Richard Wade iz Vijeća za istraživanje fizike i astronomije čestica (PPARC), koje financira pretplatu Velike Britanije za ESO, vrlo je zadovoljan : "Pristupanjem Europskom opservatoriju na jugu, britanski astronomi dobili su pristup vodećim svjetskim objektima, poput VLT-a. Ovi uzbudljivi novi rezultati, za koje sam siguran da će ih biti još mnogo, ilustriraju kako britanski astronomi doprinose vrhunskim otkrićima. "
Više informacija
Rezultati opisani u ovom Priopćenju uskoro će se pojaviti u istraživačkom časopisu Astrophysical Journal ("Svjetlosni razbijanje Lymanova galaksija z> 5 i izvor rejonizacije" M. D. Lehnert i M. Bremer). Dostupan je elektroničkim putem kao astro-ph / 0212431.
Bilješke
[1]: Ovo je koordinirano priopćenje za ESO / PPARC. Izdanje PPARC izdanja možete pronaći ovdje.
[2]: Ovo su djelo izveli Malcolm Bremer (Sveučilište u Bristolu, Velika Britanija) i Matthew Lehnert (Max-Planck-Institut za Extraterrestrische Physik, Garching, Njemačka).
[3]: Izmjereni crveni pomaci galaksija u Bremerovom dubokom polju su z = 4,8-5,8, s jednim neočekivanim (i iznenađujućim) crvenim pomakom 6,6. U astronomiji, crveni pomak označava frakciju kojom se linije u spektru nekog predmeta pomiču prema većim valnim duljinama. Promatrani crveni pomak udaljene galaksije daje procjenu njegove udaljenosti. Udaljenosti označene u ovom tekstu temelje se na dobi svemira od 13,7 milijardi godina. Kod naznačenog crvenog pomaka, opaža se Lyman-alfa linija atomskog vodika (mirovanje valne duljine 121,6 nm) pri 680 do 920 nm, tj. U crvenoj spektralnoj regiji.
Izvorni izvor: ESO News Release
