Kreditna slika: ESO
Tim astronoma sa sjedištem na Havajima otkrio je daleku galaksiju udaljenu 12,8 milijardi svjetlosnih godina što nam pokazuje kako je izgledao Svemir kad je imao samo 900 milijuna godina. Pronašli su galaksiju pomoću posebne kamere instalirane na teleskopu Kanada-Francuska-Havaji koji traži udaljene objekte u vrlo specifičnoj frekvenciji svjetlosti. Otkrivanjem ove galaksije, koja se nalazi u sazviježđu Cetusa, neposredno u blizini zvijezde Mire, tim je razvio novu metodologiju otkrivanja udaljenih objekata koja bi trebala pomoći budućim promatračima da još više pogledaju u prošlost.
Pomoću poboljšanih teleskopa i instrumenata postaju moguća opažanja izuzetno udaljenih i slabih galaksija koje su donedavno bile snove astronoma.
Jedan takav objekt pronašao je tim astronoma [2] s kamerom širokog polja instaliranom na teleskopu Kanada-Francuska-Havaji u Mauna Kea (Havaji, SAD) tijekom potrage za ekstremno dalekim galaksijama. Označen "z6VDF J022803-041618", otkriven je zbog svoje neobične boje, jer je vidljiv samo na slikama dobivenim posebnim specijalnim optičkim filterom koji izolira svjetlost u uskom, infracrvenom opsegu.
Prateći spektar ovog objekta s multi-mode instrumentom FORS2 na ESO vrlo velikom teleskopu (VLT) potvrdio je da se radi o vrlo udaljenoj galaksiji (crveni pomak je 6,17 [3]). Vidi se kako je to bilo kad je Svemir imao samo oko 900 milijuna godina.
z6VDF J022803-041618 jedna je od najudaljenijih galaksija za koju su dosad dobiveni spektri. Zanimljivo je da je otkriven zbog svjetlosti koju ispuštaju njegove masivne zvijezde, a ne, kako se prvobitno očekivalo, iz emisije vodikovim plinom.
Kratka povijest ranog svemira
Većina se znanstvenika slaže da je Svemir nastao iz vrućeg i izuzetno gustog početnog stanja u Velikom prasku. Posljednja opažanja pokazuju da se taj presudni događaj zbio prije oko 13.700 milijuna godina.
Tijekom prvih nekoliko minuta proizvedene su ogromne količine jezgara vodika i helija s protonima i neutronima. Bilo je i puno slobodnih elektrona, a tijekom sljedeće epohe mnogobrojni su se fotoni raspršili iz tih i atomskih jezgara. U ovoj je fazi Svemir bio potpuno neproziran.
Nakon nekih 100.000 godina, Svemir se ohladio na nekoliko tisuća stupnjeva, a jezgre i elektroni su sada spojeni u tvorbu atoma. Fotoni se tada više nisu raspršili iz njih i Svemir je odjednom postao proziran. 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.
U sljedećoj fazi, primarni atomi - od kojih je više od 99% bilo vodika i helija - kretali su se zajedno i počeli su formirati ogromne oblake iz kojih će kasnije izaći zvijezde i galaksije. Prva generacija zvijezda i, nešto kasnije, prve galaksije i kvazari [4], proizveli su intenzivno ultraljubičasto zračenje. Međutim, to zračenje nije putovalo daleko, unatoč činjenici da je Svemir davno postao transparentan. To je zato što bi ultraljubičasti (kratki valni duljini) fotoni odmah apsorbirali atome vodika, "izbacujući" elektrone iz tih atoma, dok bi fotoni dužih valnih duljina mogli putovati mnogo dalje. Intergalaktički plin je opet postao ioniziran u stalno rastućim sferama oko izvora ioniziranja.
U nekom su trenutku ove sfere postale toliko velike da su se potpuno preklapale; ovo se naziva "epohom rejonizacije". Do tada su ultraljubičasto zračenje apsorbirali atomi, ali sada je i Svemir postao transparentan na to zračenje. Prije se ultraljubičasto svjetlo tih prvih zvijezda i galaksija nije moglo vidjeti na velikim daljinama, ali sada se Svemir odjednom našao punim svijetlih objekata. Iz tog razloga se vremenski interval između epoha „rekombinacije“ i „rejonizacije“ naziva „mračnim vijekom“.
Kada je bio kraj "mračnog vijeka"?
Točna epoha rejonizacije predmet je aktivne rasprave među astronomima, no nedavni rezultati promatranja tla i prostora pokazuju da je "mračno doba" trajalo nekoliko stotina milijuna godina. Sada su u tijeku razni istraživački programi koji pokušavaju odrediti bolje kad se ti rani događaji dogode. Za to je potrebno pronaći i proučiti detaljno najranije, a samim time i najudaljenije predmete u Svemiru - a ovo je vrlo zahtjevan promatrački poduhvat.
Svjetlost se prigušuje kvadratom udaljenosti i što dalje gledamo u prostor kako bismo promatrali objekt - i samim tim što se vraćamo utrag u vrijeme - ono se sve bliže pojavljuje. Istodobno se njegova prigušena svjetlost premješta prema crvenom području spektra zbog širenja Svemira - što je veća udaljenost, to je veći promatrani crveni pomak [3].
Emisijska linija Lyman-alfa
Uz zemaljske teleskope, najniža ograničenja detekcije postižu se opažanjem u vidljivom dijelu spektra. Otkrivanje vrlo udaljenih objekata stoga zahtijeva promatranje ultraljubičastog spektralnog potpisa koji je prebačen u vidljivo područje. Astronomi za to obično koriste crvenu pomaknutu Lyman-alfa spektralnu emisijsku liniju s valnom duljinom odmora 121,6 nm; odgovara fotonima koje emitiraju atomi vodika kad se promijene iz pobuđenog u osnovno stanje.
Jedan očigledan način pretraživanja najudaljenijih galaksija je, dakle, traženje Lyman-alfa emisije na najcrnjijim (najdužim) mogućim valnim duljinama. Što je veća valna duljina promatrane Lyman-alfa linije, veće je crveno pomicanje i udaljenost, a što je ranija epoha u kojoj vidimo galaksiju i što se bliže trenutku koji je označio kraj "Mračnog vijeka ”.
CCD detektori koji se koriste u astronomskim instrumentima (kao i u komercijalnim digitalnim fotoaparatima) osjetljivi su na svjetlost valnih duljina do oko 1000 nm (1? M), tj. U vrlo bliskom infracrvenom spektralnom području, izvan najcrnje svjetlosti koja može biti opažen ljudskim okom na oko 700-750 nm.
Svijetlo noćno nebo blizu infracrvenog svjetla
No, postoji još jedan problem ove vrste rada. Potraga za slabom emisijom Lyman-alfe iz dalekih galaksija komplicirana je činjenicom da zemaljska atmosfera - kroz koju moraju gledati svi zemaljski teleskopi - također emitira svjetlost. To se posebno događa u crvenom i blizu infracrvenom dijelu spektra, gdje stotine diskretnih emisijskih linija potječu od hidroksilne molekule (OH radikal) koja je prisutna u gornjoj zemaljskoj atmosferi na nadmorskoj visini od oko 80 km (vidi PR Foto 13a / 03).
Ova snažna emisija koju astronomi nazivaju „pozadinom neba“ odgovorna je za granicu slabosti pri kojoj se nebeski objekti mogu detektirati zemaljskim teleskopima na blizu infracrvene valne duljine. Međutim, postoje, na sreću, spektralni intervali "pozadine s niskim OH-om" gdje su ove emisijske linije mnogo blijeđe, pa omogućuju granicu detekcije slabijeg svjetla od zemaljskih opažanja. Dva takva "prozora tamnog neba" vidljiva su u PR Photo 13a / 03, u blizini valnih duljina od 820 i 920 nm.
Uzimajući u obzir ove aspekte, obećavajući način učinkovitog pretraživanja najudaljenijih galaksija je, dakle, promatranje na valnim duljinama blizu 920 nm pomoću uskopojasnog optičkog filtra. Prilagođavanje spektralne širine ovog filtra na oko 10 nm omogućava otkrivanje što više svjetla od nebeskih objekata kad se emitira u spektralnoj liniji koja odgovara filtru, istovremeno minimizirajući štetni utjecaj emisije neba.
Drugim riječima, s najviše svjetla sakupljenog od udaljenih objekata i najmanje uznemirujuće svjetlosti iz zemaljske atmosfere, šanse za otkrivanje tih udaljenih objekata su optimalne. Astronomi govore o "maksimiziranju kontrasta" objekata koji prikazuju emisione linije na ovoj valnoj duljini.
Program pretraživanja CFHT
Na temelju gornjih razmatranja, međunarodni tim astronoma [2] instalirao je uskopojasni optički filter usredotočen na blizu infracrvenu valnu duljinu 920 nm na instrumentu CFH12K na teleskopu Kanada-Francuska-Havaji na Mauna Kea (Havaji, SAD) u potrazi za izuzetno dalekim galaksijama. CFH12K je kamera širokog polja koja se koristi u glavnom fokusu CFHT-a, a pruža vidno polje od cca. 30 x 40 arcmin2, nešto veći od punog mjeseca [5].
Usporedbom slika istog nebeskog polja snimljenih kroz različite filtre, astronomi su uspjeli identificirati objekte koji se na slici NB920 prikazuju razmjerno "svijetli" i "blijede" (ili čak nisu vidljivi) u odgovarajućim slikama dobivenim drugim filtrima , Upečatljiv je primjer prikazan u PR Photo 13b / 03 - objekt u središtu dobro je vidljiv na slici 920nm, ali uopće ne na ostalim slikama.
Najvjerojatnije objašnjenje objekta tako neobične boje je da je to vrlo udaljena galaksija za koju je promatrana valna duljina jake emisione linije Lyman-alfa blizu 920 nm, zbog crvenog pomaka. Svaka svjetlost koju emitira galaksija na valnim duljinama kraćim od Lyman-alfe snažno se apsorbira intervenirajući međuzvjezdani i intergalaktični plin vodik; to je razlog što objekt nije vidljiv u svim ostalim filtrima.
VLT spektar
Da bismo saznali pravu prirodu ovog objekta, potrebno je provesti spektroskopsko praćenje, promatrajući njegov spektar. To je postignuto s multi-mode instrumentom FORS 2 na 8,2-metarskom VLT YEPUN teleskopu u opservatoriju ESO Paranal. Ovaj uređaj pruža savršenu kombinaciju umjerene spektralne razlučivosti i velike osjetljivosti crvene boje za ovu vrlo zahtjevnu promatranje. Rezultirajući (slab) spektar prikazan je u PR Photo 13c / 03.
PR Photo 13d / 03 prikazuje traženje konačnog ("očišćenog") spektra objekta nakon ekstrakcije sa slike prikazane u PR Photo 13c / 03. Jasno se otkriva jedna široka linija emisije (lijevo od središta; povećava se na umetku). Asimetrična je, pritisnuta na plavoj (lijevoj) strani. Ovo, u kombinaciji s činjenicom da se s lijeve linije ne prepozna kontinuirana svjetlost, jasan je spektralni potpis Lyman-alfa linije: fotoni "plaviji" od Lyman-alfe jako se apsorbiraju od plina prisutnog u samoj galaksiji , a u intergalaktičkom mediju uz vidno polje između Zemlje i objekta.
Spektroskopska opažanja su stoga omogućila astronomima da nedvosmisleno identificiraju ovu liniju kao Lyman-alfa i stoga potvrde veliku udaljenost (veliki crveni pomak) ovog određenog objekta. Izmjereno crveni pomak je 6,17, što ovaj objekt čini jednom od najudaljenijih galaksija ikad otkrivenih. Dobio je naziv "z6VDF J022803-041618" - prvi dio ovog pomalo neuglednog naziva odnosi se na istraživanje, a drugi označava položaj ove galaksije na nebu.
Zvjezdana svjetlost u ranom Svemiru
Međutim, ta zapažanja nisu prošla bez iznenađenja! Astronomi su se nadali (i očekivali) da će otkriti Lyman-alfa liniju iz objekta u središtu spektralnog prozora od 920 nm. Međutim, dok je pronađena Lyman-alfa linija, bila je smještena na nešto kraćoj valnoj duljini.
Dakle, nije emisija Lyman-alfa uzrokovala da ova galaksija bude "svijetla" u uskopojasnoj slici (NB920), već "kontinuumna" emisija na valnim duljinama većim od one Lyman-alfa. Ovo je zračenje vrlo slabo vidljivo kao vodoravna, difuzna linija na PR Photo 13c / 03.
Jedna od posljedica je da je izmjereni crveni pomak 6,17 niži od prvobitno predviđenog crvenog pomaka od oko 6,5. Drugi je način da je z6VDF J022803-041618 detektiran svjetlošću svojih masivnih zvijezda ("kontinuum"), a ne emisijom iz vodikovog plina (Lyman-alfa linija).
Ovaj zanimljivi zaključak posebno je zanimljiv jer pokazuje da je u principu moguće detektirati galaksije na tako ogromnoj udaljenosti bez potrebe za oslanjanjem na liniju emisija Lyman-alfa, koja možda nije uvijek prisutna u spektrima udaljenih galaksija. To će astronomima pružiti potpuniju sliku populacije galaksija u ranom Svemiru.
Štoviše, promatranje sve više i više tih dalekih galaksija pomoći će boljem razumijevanju ionizacijskog stanja Svemira u ovom dobu: ultraljubičasto svjetlo koje ove galaksije emitiraju ne bi trebalo da nas dosegne u "neutralnom" Svemiru, tj. Prije nego što se dogodila reionizacija. , Sada je lov na više takvih galaksija kako bi se razjasnilo kako se dogodio prijelaz iz mračnog vijeka!
Izvorni izvor: ESO News Release
