Obrazový kredit: ESO
Přestože je vesmír v současné době celkově béžová, podle astronomů s Evropskou jižní observatořem bývala modrá. Astronomové vypracovali vzdálenost a barvu do 300 galaxií, které byly obsaženy v průzkumu Hubble Deep Sky, který se podrobně podíval na oblast oblohy v jižní souhvězdí Toskánska.
Mezinárodní tým astronomů [1] určil barvu vesmíru, když byl velmi mladý. Zatímco vesmír je nyní trochu béžový, v dávné minulosti byl mnohem modřejší, v době, kdy mu bylo jen 2 500 milionů let.
Toto je výsledek rozsáhlé a důkladné analýzy více než 300 galaxií pozorovaných v malém prostoru jižní oblohy, tzv. Hubble Deep Field South. Hlavním cílem této pokročilé studie bylo porozumět tomu, jak se shromažďoval a změnil hvězdný obsah vesmíru.
Holandský astronom Marijn Franx, člen týmu z Leidenské observatoře (Nizozemsko), vysvětluje: „Modrá barva raného vesmíru je způsobena převážně modrým světlem mladých hvězd v galaxiích. Červenější barvu časopisu Space Magazine způsobuje relativně větší počet starších, červenějších hvězd. “
Vedoucí týmu Gregory Rudnick z Institutu Max-Planck pro astrofyziku (Garching, Německo) dodává: „Protože celkové množství světla ve vesmíru bylo v minulosti přibližně stejné jako dnes a mladá modrá hvězda emituje mnohem více světlo než stará červená hvězda, muselo být v mladém vesmíru výrazně méně hvězd, než je tomu nyní. Naše nové poznatky naznačují, že většina hvězd ve vesmíru byla vytvořena poměrně pozdě, ne tak dlouho před tím, než se naše Slunce narodilo, v okamžiku, kdy byl vesmír kolem 7 000 milionů let. “
Tyto nové výsledky jsou založeny na jedinečných datech shromážděných během více než 100 hodin pozorování pomocí multimódového přístroje ISAAC ve velmi velkém dalekohledu ESO (VLT), jako součást významného výzkumného projektu Faint InfraRed Extragalactic Survey (FIRES). Vzdálenosti od galaxií byly odhadnuty z jejich jasu v různých optických pásmech blízkých infračervených vlnových délek.
Pozorování raného vesmíru
Nyní je dobře známo, že Slunce vzniklo zhruba před 4,5 miliardami let. Ale kdy vznikla většina ostatních hvězd v naší domovské galaxii? A co hvězdy v jiných galaxiích? To jsou některé z klíčových otázek současné astronomie, na které však lze odpovědět pouze pozorováním největších dalekohledů na světě.
Jedním ze způsobů, jak tyto problémy řešit, je přímé pozorování velmi mladého vesmíru - ohlédnutím v čase. K tomu astronomové využívají skutečnosti, že světlo vyzařované velmi vzdálenými galaxiemi cestuje dlouhou dobu, než se k nám dostanou. Když se tedy astronomové dívají na takové vzdálené objekty, vidí je, jak se objevili už dávno.
Tyto vzdálené galaxie jsou však velmi slabé, a tato pozorování jsou proto technicky obtížná. Další komplikací je, že v důsledku expanze vesmíru je světlo z těchto galaxií posunuto směrem k delším vlnovým délkám [2], mimo rozsah optických vlnových délek a do infračervené oblasti.
Aby mohli astronomové podrobně studovat tyto rané galaxie, musí proto používat největší pozemní dalekohledy a během velmi dlouhých expozic shromažďovat své slabé světlo. Kromě toho musí používat detektory citlivé na infračervené záření.
Dalekohledy jako obří oči
„Hubble Deep Field South (HDF-S)“ je velmi malá část oblohy v jižní souhvězdí Tucanae („Toucan“). Byl vybrán pro velmi podrobné studie s Hubbleovým vesmírným dalekohledem (HST) a dalšími výkonnými dalekohledy. Optické obrazy tohoto pole získané pomocí HST představují celkovou dobu expozice 140 hodin. Mnoho pozemních dalekohledů také získalo obrazy a spektra objektů v této oblasti oblohy, zejména dalekohledy ESO v Chile.
V souvislosti s důkladnou studií byla pozorována oblast oblohy 2,5 x 2,5 arcmin2 ve směru HDF-S (Faint InfraRed Extragalactic Survey; FIRES, viz ESO PR 23/02). Je o něco větší než pole pokryté kamerou WFPC2 na HST, ale stále 100krát menší, než je plocha pokrytá úplňkem.
Kdykoli bylo toto pole viditelné z observatoře ESO Paranal a atmosférické podmínky byly optimální, astronomové ESO namířili v tomto směru dalekohled VLT ANTU o délce 8,2 m, přičemž pomocí multimódového přístroje ISAAC pořizovali snímky blízké infračervenému záření. Celkově bylo pole pozorováno déle než 100 hodin a výsledné obrazy (viz ESO PR 23/02) jsou nejhlubší pozemní pohledy v blízkých infračervených pásmech Js a H. Obraz v pásmu Ks je nejhlubší, jaký kdy bylo dosaženo v každém nebeském poli v tomto spektrálním pásmu, ať už ze země nebo z vesmíru.
Tato jedinečná data poskytují výjimečný pohled a nyní umožňují nebývalé studium populace galaxií v mladém vesmíru. Ve skutečnosti díky výjimečným podmínkám vidění v Paranalu mají data získaná pomocí VLT vynikající ostrost obrazu („vidění“ 0,48 arcsec) a lze je kombinovat s optickými daty HST téměř bez ztráty kvality.
Modřejší barva
Astronomové dokázali na těchto snímcích jednoznačně detekovat asi 300 galaxií. U každého z nich změřili vzdálenost určením červeného posuvu [2]. To bylo provedeno pomocí nově vylepšené metody, která je založena na porovnání jasu každého objektu ve všech jednotlivých spektrálních pásmech s množstvím sousedních galaxií.
Tímto způsobem byly v poli nalezeny galaxie s červenými posuny až z = 3,2, což odpovídá vzdálenostem kolem 11 500 milionů světelných let. Jinými slovy, astronomové viděli světlo těchto velmi vzdálených galaxií, jako tomu bylo v době, kdy byl vesmír jen asi 2,2 miliardy let starý.
Astronomové pak určili množství světla emitovaného každou galaxií takovým způsobem, že účinky červeného posunu byly „odstraněny“. To znamená, že změřili množství světla na různých vlnových délkách (barvách), jak by to zaznamenal pozorovatel poblíž této galaxie. To se samozřejmě týká pouze světla z hvězd, které nejsou silně zakryty prachem.
Shrneme-li světlo emitované při různých vlnových délkách všemi galaxiemi v dané kosmické epochě, mohli by astronomové také určit průměrnou barvu vesmíru („kosmická barva“) v této epochě. Navíc dokázali změřit, jak se tato barva změnila, jak se vesmír stárl.
Došli k závěru, že kosmická barva s časem červenává. Zejména to bylo v minulosti mnohem modřejší; nyní, ve věku téměř 14 000 milionů let, má vesmír nějakou béžovou barvu.
Kdy vznikly hvězdy?
Změna kosmické barvy s časem může být sama o sobě zajímavá, ale je také nezbytným nástrojem pro určení toho, jak rychle se hvězdy ve vesmíru shromáždily.
Ve skutečnosti, zatímco formace hvězd v jednotlivých galaxiích může mít složitou historii, někdy se zrychluje na skutečné „hvězdné výbuchy“, nová pozorování - nyní založená na mnoha galaxiích - ukazují, že „průměrná historie“ formování hvězd ve vesmíru je mnohem jednodušší. To je patrné pozorovanou hladkou změnou kosmické barvy, jak se vesmír stárl.
Pomocí kosmické barvy mohli astronomové také určit, jak se průměrný věk relativně nezajištěných hvězd ve vesmíru časem měnil. Protože vesmír byl v minulosti mnohem modřejší, než je tomu nyní, dospěli k závěru, že vesmír nevyrábí tolik modrých (vysoce hmotných, krátkotrvajících) hvězd, jako tomu bylo dříve, zatímco současně červené (nízká hmota) stále žijící hvězdy z dřívějších generací formace hvězd. Modré, hmotné hvězdy umírají rychleji než červené hvězdy s nízkou hmotností, a proto se s rostoucím věkem skupiny hvězd umírají modré hvězdy s krátkým životem a průměrná barva skupiny se stává červenější. Stejně tak i vesmír jako celek.
Toto chování má určitou podobnost s trendem stárnutí v moderních západních zemích, kde se rodí méně dětí než v minulosti a lidé žijí déle než v minulosti, s celkovým účinkem, že průměrný věk populace roste.
Astronomové určili, kolik hvězd se již vytvořilo, když byl vesmír jen asi 3 000 milionů let. Mladé hvězdy (modré barvy) vyzařují více světla než starší (červenější) hvězdy. Protože však v mladém vesmíru bylo jen tolik světla, jaké je dnes - ačkoli galaxie jsou nyní mnohem zrudlejší - to znamená, že v ranném vesmíru bylo méně hvězd než dnes. Tato studie uvádí, že v rané době bylo desetkrát méně hvězd, než je tomu nyní.
A konečně astronomové zjistili, že zhruba polovina hvězd v pozorovaných galaxiích se utvořila po době, kdy byl vesmír zhruba poloviční (7 000 milionů let po Velkém třesku), jak je tomu dnes (14 000 milionů let).
Ačkoli byl tento výsledek odvozen ze studie velmi malého nebe, a proto nemusí být zcela reprezentativní pro celý vesmír, ukázalo se, že tento výsledek je v jiných nebeských polích.
Původní zdroj: ESO News Release
