Obrazový kredit: ESO
Mezinárodní tým astronomů použil velmi velký dalekohled Evropské jižní observatoře (VLT), aby se podíval hluboko do vesmíru a viděl galaxie umístěné ve vzdálenosti 12,6 miliard světelných let - tyto galaxie jsou vidět, když byl vesmír pouze 10% současného věku. Bylo nalezeno jen několik málo galaxií a tato nová sbírka pomohla astronomům dospět k závěru, že jsou součástí kosmického temného věku, kdy byly světelné galaxie vzácnější - mnoho dalších bylo jen o 500 milionů let později.
Pomocí velmi velkého dalekohledu ESO (VLT) objevili dva astronomové z Německa a Velké Británie [2] některé z nejvzdálenějších galaxií, jaké kdy byly vidět. Nachází se asi 12 600 milionů světelných let daleko.
Aby projel touto obrovskou vzdáleností, vzal světlo, které nyní zaznamenává VLT, asi devět desetin věku vesmíru. Proto pozorujeme tyto galaxie tak, jak byly v době, kdy byl vesmír velmi mladý, méně než asi 10% současného věku. V této době se vesmír vynořil z dlouhého období známého jako „temné věky“ a vstupoval do světelné „kosmické renesance“.
Na rozdíl od předchozích studií, které vedly k objevu několika široce rozptýlených galaxií v této rané epochě, tato studie našla nejméně šest vzdálených občanů v malé oblasti oblohy, méně než pět procent velikosti úplňku! To umožnilo pochopit vývoj těchto galaxií a to, jak ovlivňují stav vesmíru v jeho mládí.
Astronomové zejména na základě svých jedinečných údajů dospěli k závěru, že ve vesmíru bylo v této rané fázi mnohem méně světelných galaxií než o 500 milionů let později.
Proto musí existovat mnoho méně světelných galaxií v oblasti vesmíru, kterou studovali, příliš slabé na to, aby byly v této studii detekovány. Musí to být ještě neidentifikované galaxie, které emitují většinu energetických fotonů potřebných k ionizaci vodíku ve vesmíru v této zvláště epochě.
Od Velkého třesku po Kosmickou renesanci
V dnešní době je vesmír prostoupen energetickým ultrafialovým zářením produkovaným kvasary a horkými hvězdami. Fotony s krátkou vlnovou délkou osvobozují elektrony od atomů vodíku, které tvoří difúzní mezigalaktické médium, a druhé je tedy téměř úplně ionizováno. V historii vesmíru však byla časná epocha, když tomu tak nebylo.
Vesmír vycházel z horkého a extrémně hustého počátečního stavu, takzvaného Velkého třesku. Astronomové nyní věří, že k tomu došlo asi před 13 700 miliony let.
Během několika prvních minut se vytvořilo obrovské množství protonů, neutronů a elektronů. Vesmír byl tak horký, že protony a elektrony volně vznášely: vesmír byl plně ionizovaný.
Po asi 100 000 letech se vesmír ochladil na několik tisíc stupňů a jádra a elektrony se nyní spojily za vzniku atomů. Kosmologové označují tento okamžik jako „rekombinační epochu“. Mikrovlné pozadí, které nyní pozorujeme ze všech směrů, zobrazuje stav velké uniformity ve vesmíru v této vzdálené epochě.
To byl však také čas, kdy se Vesmír vrhl do tmy. Na jedné straně se reliktivní záření z prvotní ohnivé koule protáhlo kosmickou expanzí směrem k delším vlnovým délkám, a proto již nemohl ionizovat vodík. Naopak, byl zachycen právě vytvořenými atomy vodíku. Na druhé straně zatím nebyly vytvořeny žádné hvězdy ani kvazary, které by osvětlily obrovský prostor. Tato pochmurná éra je proto docela rozumně nazývána „temným věkem“. Pozorování do tohoto vzdáleného věku ještě nepronikla - naše znalosti jsou stále základní a vše vychází z teoretických výpočtů.
O několik stovek milionů let později, nebo alespoň tak věří astronomové, se z obrovských mraků plynu, které se pohnuly, vytvořily některé úplně první masivní objekty. První generace hvězd a poněkud později první galaxie a kvazary produkovala intenzivní ultrafialové záření. Toto záření však nemohlo cestovat příliš daleko, protože by bylo okamžitě absorbováno atomy vodíku, které byly v tomto procesu opět ionizovány.
Mezigalaktický plyn se tak opět stal ionizovaným ve stále rostoucích sférách kolem ionizačních zdrojů. V určitém okamžiku se tyto koule staly tak velkými, že se úplně překrývaly: mlha nad Vesmírem se zvedla!
To byl konec temného věku a termín znovu převzatý z lidské historie se někdy označuje jako „kosmická renesance“. Popisujíce nejvýznamnější rys tohoto období, astronomové to také nazývají „epochou reionizace“.
Nalezení nejvzdálenějších galaxií pomocí VLT
Chcete-li vrhnout nějaké světlo na stav vesmíru na konci temného věku, je nutné objevovat a studovat extrémně vzdálené (tj. Vysoko-červený posun [2]) galaxie. Mohou být použity různé pozorovací metody - například vzdálené galaxie byly nalezeny pomocí úzkopásmového zobrazování (např. ESO PR 12/03), použitím obrázků, které byly gravitačním způsobem vylepšeny masivními shluky, a také serendipitous.
Matthew Lehnert z MPE v Garchingu v Německu a Malcolm Bremer z University of Bristol ve Velké Británii použili speciální techniku, která využívá změny pozorovaných barev vzdálené galaxie, která je způsobena absorpcí v intervenujícím mezigalaktickém médiu. Galaxie s červeným posunem 4,8 až 5,8 [2] lze nalézt hledáním galaxií, které se v červeném optickém světle objevují poměrně jasně a které jsou v zeleném světle slabé nebo nezjištěné. Takové „přestávky“ v rozložení světla jednotlivých galaxií poskytují silný důkaz, že galaxie by mohla být umístěna ve vysokém červeném posunu a že její světlo začalo na dlouhé cestě k nám, jen asi 1000 milionů let po Velkém třesku.
Za tímto účelem poprvé použili multimódový přístroj FORS2 na dalekohledu 8,2 m VLT YEPUN k pořizování extrémně „hlubokých“ snímků pomocí tří optických filtrů (zelený, červený a velmi červený) malé oblasti oblohy (40 čtverečních arcminů) nebo přibližně 5 procent velikosti úplňku). Tyto obrázky odhalily asi 20 galaxií s velkým přerušením mezi zeleným a červeným filtrem, což naznačuje, že byly umístěny při vysokém červeném posunu. Spektra těchto galaxií byla poté získána se stejným nástrojem, aby se změřily jejich skutečné červené posuny.
„Klíčem k úspěchu těchto pozorování bylo použití velkého nového červeně rozšířeného detektoru dostupného na FORS2,“ říká Malcolm Bremer.
Spektra ukázala, že šest galaxií je umístěno ve vzdálenostech odpovídajících červeným posunům mezi 4,8 a 5,8; jiné galaxie byly blíž. Překvapivě a k radosti astronomů byla jedna emisní linka viděna v jiné slabé galaxii, která byla pozorována náhodou (stalo se, že je umístěna v jedné ze štěrbin FORS2), která může být možná umístěna ještě dále, při červeném posunu 6.6. Pokud by to bylo potvrzeno následnými podrobnějšími pozorováními, byla by galaxie uchazečem o zlatou medaili jako ta nejvzdálenější známá!
Nejstarší známé galaxie
Spektra odhalila, že tyto galaxie aktivně vytvářejí hvězdy a pravděpodobně nejsou starší než 100 milionů let, možná ještě mladší. Jejich počet a pozorovaný jas však naznačují, že světelné galaxie v těchto červených posunech jsou méně a méně světelné než podobně vybrané galaxie, které jsou k nám blíže.
"Naše zjištění ukazují, že kombinované ultrafialové světlo z objevených galaxií není dostatečné k plné ionizaci okolního plynu," vysvětluje Malcom Bremer. "To nás vede k závěru, že v oblasti vesmíru musí být mnohem více menších a méně světelných galaxií, které jsme studovali, příliš slabé na to, aby byly detekovány tímto způsobem." Musí to být právě tyto neviditelné galaxie, které emitují většinu energetických fotonů nezbytných k ionizaci vodíku ve vesmíru. “
„Dalším krokem bude použití VLT k nalezení více a slabších galaxií při ještě vyšších červených posunech,“ dodává Matthew Lehnert. "S větším vzorkem takových vzdálených objektů můžeme získat náhled na jejich povahu a změny jejich hustoty na obloze."
Britská premiéra
Zde uvedená pozorování patří mezi první hlavní objevy britských vědců, protože se Velká Británie stala členem ESO v červenci 2002. Richard Wade z Rady pro výzkum částic a fyziky částic (PPARC), který financuje britské předplatné ESO, je velmi potěšen „Při vstupu do Evropské jižní observatoře získali britští astronomové přístup k předním světovým zařízením, jako je VLT. Tyto vzrušující nové výsledky, o nichž jsem si jistý, že jich přijde mnohem víc, ilustrují, jak britští astronomové přispívají k nejmodernějším objevům. “
Více informací
Výsledky popsané v této tiskové zprávě se brzy objeví ve vědeckém časopise Astrophysical Journal („Luminous Lyman Break Galaxies at z> 5 and the Source of Reionization“ M. D. Lehnert and M. Bremer). Je k dispozici v elektronické podobě jako astro-ph / 0212431.
Poznámky
[1]: Toto je koordinovaná tisková zpráva ESO / PPARC. Verze vydání PPARC najdete zde.
[2]: Tuto práci provedli Malcolm Bremer (University of Bristol, Velká Británie) a Matthew Lehnert (Max-Planck-Institut pro Extraterrestrische Physik, Garching, Německo).
[3]: Naměřené červené posuny galaxií v Bremerově hlubokém poli jsou z = 4,8 - 5,8, s jedním neočekávaným (a překvapujícím) červeným posunem 6,6. V astronomii červený posun označuje zlomek, o který se čáry ve spektru objektu posunou směrem k delším vlnovým délkám. Pozorovaný červený posun vzdálené galaxie poskytuje odhad její vzdálenosti. Vzdálenosti uvedené v tomto textu vycházejí z věku vesmíru 13,7 miliard let. Při naznačeném červeném posunu je Lyman-alfa linie atomového vodíku (zbytková vlnová délka 121,6 nm) pozorována při 680 až 920 nm, tj. V červené spektrální oblasti.
Původní zdroj: ESO News Release
