Hawaii võimsa Subaru teleskoobiga on leitud kaugeim galaktika, mida eales nähtud - 12,88 miljardi valgusaasta kaugusel - see on alles 780 miljonit aastat pärast Suurt Pauku. Kaugel asuvate objektide vaatlemine on äärmiselt keeruline, seda mitte ainult suurte vahemaade tõttu, vaid ka seetõttu, et suur osa Universumist varjati neutraalse vesiniku taga. Tähed alles seejärel hakkasid selle neutraalse vesiniku välja puhastama, muutes Universumi läbipaistvaks.
Astronoomid, kes kasutavad Hawaii Subaru teleskoopi, on universumi kaugeima teadaoleva galaktika leidmiseks vaadanud 60 miljonit aastat ajas tagasi kaugemale kui ükski teine astronoom. Seejuures peavad nad Subaru rekordit kõige kaugemate ja varaseimate teadaolevate galaktikate leidmiseks. Nende uusim avastus on galaktika nimega I0K-1, mis asub nii kaugel, et astronoomid näevad seda sellisena, nagu see nägi välja 12,88 miljardit aastat tagasi.
See avastus, mis põhineb Jaapani Riikliku Astronoomilise Vaatluskeskuse (NAOJ) Masanori Iye, Tokyo ülikooli Kazuaki Ota, NAOJ Nobunari Kashikawa jt tähelepanekutel, näitab, et galaktikad eksisteerisid alles 780 miljonit aastat pärast universumi tekkimist. umbes 13,66 miljardit aastat tagasi kui elementaarsete osakeste kuuma suppi.
Selle galaktika valguse tuvastamiseks kasutasid astronoomid Subaru teleskoobi Suprime-Cam kaamerat, mis oli varustatud spetsiaalse filtriga, et otsida kandidaatide kaugeid galaktikaid. Nad leidsid 41 533 objekti ja nende hulgast tuvastati kaks kandidaatgalaktikat edasiseks uurimiseks, kasutades Subarul asuvat nõrga objekti kaamerat ja spektrograafi (FOCAS). Nad leidsid, et kahe heledama IOK-1 punane nihe on 6.964, mis kinnitab tema 12,88 miljardi valgusaasta pikkust.
Avastus kutsub astronoome välja selgitama, mis täpselt juhtus 780–840 miljonit aastat pärast Suurt Pauku. IOK-1 on üks ainult kahest uue uuringu galaktikast, mis võiks kuuluda sellesse kaugesse ajajärku. Arvestades 840 miljoni aasta möödumisel Suurest Paugust avastatud galaktikate arvu, oli uurimisrühm oodata, et selle vahemaa tagant võib leida koguni kuus galaktikat. Objektide nagu IOK-1 võrdlev haruldus tähendab, et universum pidi olema muutunud kahe miljoni ajastu eraldava 60 miljoni aasta jooksul.
Kõige põnevam tõlgendus juhtunust on see, et näeme sündmust, mis on astronoomidele teada kui universumi reioniseerimine. Sel juhul, 780 miljonit aastat pärast Suurt Pauku, oli universumil veel piisavalt neutraalset vesinikku, et blokeerida meie vaade noortele galaktikatele, absorbeerides nende kuumade noorte tähtede tekitatud valgust. Kuuskümmend miljonit aastat hiljem oli allesjäänud neutraalse vesiniku ioniseerimiseks piisavalt noori noori tähti, muutes universumi läbipaistvaks ja võimaldades meil näha nende tähti.
Tulemuste teine tõlgendus ütleb, et 780 miljonit aastat pärast suurt pauku oli vähem suuri ja säravaid noori galaktikaid kui 60 miljonit aastat hiljem. Sel juhul oleks suurem osa reioniseerimisest toimunud varem kui 12,88 miljardit aastat tagasi.
Olenemata sellest, milline tõlgendus lõpuks valitseb, annab avastus märku, et astronoomid kaevavad nüüd valgust universumi pimedatest aegadest. See on ajajärk, mil tekkisid esimesed tähtede ja galaktikate põlvkonnad, ja selle ajastu, mida astronoomid pole seni suutnud jälgida.
TAUSTAINFO:
Varase universumi arheoloogia spetsiaalsete filtrite abil
Vastsündinud galaktikad sisaldavad laia massirühmaga tähti. Raskematel tähtedel on kõrgemad temperatuurid ja need eraldavad ultraviolettkiirgust, mis soojendab ja ioniseerib läheduses asuvat gaasi. Gaasi jahtumisel kiirgab liigne energia ära, nii et see võib naasta neutraalsesse olekusse. Selle protsessi käigus kiirgab vesinik alati valgust 121,6 nanomeetri juures, mida nimetatakse Lyman-alfa jooneks. Kõik paljude kuumade tähtedega galaktikad peaksid sellel lainepikkusel eredalt särama. Kui tähed moodustuvad korraga, võivad eredamad tähed tekitada Lyman-alfa emissiooni 10–100 miljoni aasta jooksul.
IOK-1-ga sarnaste galaktikate uurimiseks, mis eksisteerivad universumi varastel aegadel, peavad astronoomid leidma universumi laienedes Lyman-alfavalgust, mis on venitatud ja nihutatud pikematele lainepikkustele. Kui lainepikkused on pikemad kui 700 nanomeetrit, peavad astronoomid tegelema Maa atmosfääri OH-molekulide esiplaanil tekkivate heitkogustega, mis segavad kaugetest objektidest pärit nõrka heidet.
Kaugetest galaktikatest tuleneva nõrga valguse tuvastamiseks oli uurimisrühm jälginud lainete pikkustel, kus Maa atmosfäär ei helenda eriti akende kaudu 711, 816 ja 921 nanomeetri juures. Need aknad vastavad punaselt nihutatud Lyman-alfa emissioonile galaktikatest, mille punanihked on vastavalt 4,8, 5,7 ja 6,6. Need numbrid näitavad, kui palju väiksemat universumit praegusega võrreldes võrreldi, ning vastavad 1,26 miljardi aasta, 1,01 miljardi aasta ja 840 miljoni aasta möödumisele Suurest Paugust. See on nagu varajase universumi arheoloogia tegemine konkreetsete filtritega, mis võimaldavad teadlastel näha väljakaevamise eri kihtidesse.
Nende muljetavaldavate uute tulemuste saamiseks pidi meeskond välja töötama valgustundliku filtri, mille lainepikkus oleks ainult umbes 973 nanomeetrit, mis vastab Lymani alfa emissioonile punasekkel 7,0. See lainepikkus on tänapäevaste CCD-de piiril, kuna need kaotavad tundlikkuse lainepikkustel üle 1000 nanomeetri. See üks omalaadne filter, nimega NB973, kasutab mitmekihilist kattetehnoloogiat ja selle väljatöötamine võttis rohkem kui kaks aastat. Filter ei pidanud mitte ainult läbima valgust lainepikkusega ainult 973 nanomeetri ümber, vaid see pidi ühtlaselt katma ka kogu teleskoobi põhifookuse vaatevälja. Meeskond töötas koos ettevõttega Asahi Spectra Co.Ltd, et välja töötada prototüübi filter, mida saaks kasutada Subaru Faint Object Camera abil, ja seejärel rakendas seda kogemust filtri Suprime-Cam jaoks.
Vaatlused
Vaatlused NB973 filtriga toimusid 2005. aasta kevadel. Pärast enam kui 15-tunnist kokkupuuteaega saavutasid saadud andmed piirava ulatuse 24,9. Sellel pildil oli 41 533 objekti, kuid võrdlus muu lainepikkusega tehtud piltidega näitas, et ainult kaks objekti olid heledad ainult NB973 pildil. Meeskond jõudis järeldusele, et ainult need kaks objekti võivad olla galaktikad punase nihkega 7,0. Järgmine samm oli kahe objekti, IOK-1 ja IOK-2, identiteedi kinnitamine ning meeskond vaatas neid Subaru teleskoobil oleva Faint Object Camera ja Spectrograph (FOCAS) abil. Pärast 8,5-tunnist kokkupuuteaega suutis meeskond saada emissiooniliini spektrit kahe objekti heledamalt, IOK-1. Selle spekter näitas asümmeetrilist profiili, mis on iseloomulik kauge galaktika Lyman-alfa emissioonile. Emissiooniliini keskpunkt oli lainepikkus 968,2 nanomeetrit (punane nihe 6,964), mis vastab 12,88 miljardi valgusaasta kaugusele ja 780 miljoni aasta pikkusele ajale pärast Suurt Pauku.
Teise kandidaatgalaktika identiteet
Kolmetunnine vaatlusaeg ei andnud IOK-2 olemuse määramiseks mingeid veenvaid tulemusi. Uurimisrühm on sellest ajast saanud rohkem andmeid, mida nüüd analüüsitakse. Võimalik, et IOK-2 võib olla mõni teine kauge galaktika või see võib olla muutuva heledusega objekt. Näiteks supernoovaga galaktika või musta auguga neelav aktiivne materjal, mis juhtus just NB973 filtriga tehtud vaatluste ajal eredalt ilmnema. (Teistes filtrites tehti vaatlusi üks kuni kaks aastat varem.)
Subaru sügavväli
Subaru teleskoop sobib eriti hästi kõige kaugemate galaktikate otsimiseks. Kõigist maailma 8–10-meetristest teleskoopidest on see ainus, millel on kaamera esmatähtsate objektide paigaldamiseks. Põhifookuse, teleskooptoru ülaosas, eeliseks on lai vaateväli. Seetõttu domineerib Subaru praegu kõige kaugemate teadaolevate galaktikate nimekirjas. Paljud neist asuvad taeva piirkonnas Coma Berenicesi tähtkuju suunas, mida nimetatakse Subaru süvaväljaks, mille uurimisrühm valis intensiivseks uurimiseks paljudel lainepikkustel.
Universumi varajane ajalugu ja esimeste galaktikate kujunemine
Selle Subaru saavutuse konteksti viimiseks on oluline üle vaadata, mida me teame varajase universumi ajaloost. Universum sai alguse Suurest Paugust, mis leidis aset umbes 13,66 miljardit aastat tagasi äärmise temperatuuri ja rõhu tulises kaoses. Esimese kolme minuti jooksul laienes ja jahutas imikuuniversum kiiresti, tekitades kergete elementide tuumasid nagu vesinik ja heelium, kuid väga vähe raskemate elementide tuumasid. 380 000 aasta jooksul olid asjad jahtunud temperatuurini umbes 3000 kraadi. Sel hetkel võisid elektronid ja prootonid ühineda, moodustades neutraalse vesiniku.
Kui elektronid on nüüd seotud aatomituumadega, võiks valgus liikuda läbi kosmose, ilma et elektronid oleks hajutatud. Me suudame tegelikult tuvastada valgust, mis toona universumit tungis. Kuid aja ja vahemaa tõttu on see venitatud koefitsiendiga 1000, täites universumi kiirgusega, mille tuvastame mikrolainetena (nimetatakse kosmilise mikrolaine taustaks). Kosmoseaparaat Wilkinsoni mikrolaine anisotroopiaandur (WMAP) uuris seda kiirgust ja selle andmed võimaldasid astronoomidel arvutada universumi vanuse umbes 13,66 miljardi aasta vanuselt. Lisaks viitavad need andmed selliste asjade olemasolule nagu tumeaine ja veelgi mõistatuslikum tume energia.
Astronoomid arvavad, et esimese mõnesaja miljoni aasta jooksul pärast Suurt Pauku jätkas universumi jahtumist ning et mateeria ja tumeaine kõige tihedamates piirkondades moodustus esimene tähtede ja galaktikate põlvkond. Seda perioodi nimetatakse universumi tumedateks aegadeks. Nende sündmuste kohta pole veel otseseid vaatlusi, seetõttu kasutavad astronoomid arvutisimulatsioone teoreetiliste ennustuste ja olemasolevate vaatluslike tõendite sidumiseks, et mõista esimeste tähtede ja galaktikate teket.
Kui eredad tähed on sündinud, võib nende ultraviolettkiirgus ioniseerida läheduses asuvaid vesinikuaatomeid, jagades need eraldi elektronideks ja prootoniteks. Mingil hetkel oli piisavalt heledaid tähti, et ioniseerida peaaegu kogu universumi neutraalne vesinik. Seda protsessi nimetatakse universumi reioniseerimiseks. Reioniseerimise ajastu annab märku universumi pimedate ajastute lõpust. Tänapäeval on suurem osa vesinikku galaktikate vahelises ruumis ioniseeritud.
Uuendamise aja täpsustamine
Astronoomide hinnangul toimus taasioniseerumine 290–910 miljonit aastat pärast universumi sündi. Reioniseerimise ajastu alguse ja lõpu täpsustamine on üks olulisi samme universumi arengu mõistmiseks ning kosmoloogia ja astrofüüsika intensiivse uurimise valdkond.
Näib, et kui me ajas tagasi vaatame, muutuvad galaktikad üha harvemaks. 7,0 punase nihkega galaktikate arv (mis vastab ajale umbes 780 miljonit aastat pärast suurt pauku) näib olevat väiksem kui see, mida astronoomid näevad punasekkel 6,6 (mis vastab ajale umbes 840 miljonit aastat pärast suurt pauku) . Kuna teadaolevate galaktikate arv punase nihkega 7,0 on endiselt väike (ainult üks!), On raske statistilisi võrdlusi täpselt teha. Siiski on võimalik, et galaktikate arvu vähenemine suurema punanihke korral on tingitud neutraalse vesiniku olemasolust, mis absorbeerib Lyman-alfa emissiooni galaktikatest kõrgema punanihke korral. Kui edasised uuringud kinnitavad, et sarnaste galaktikate arvutihedus väheneb punanihke vahemikus 6,6 ja 7,0, võib see tähendada, et IOK-1 eksisteeris universumi reioniseerimise ajal.
Need tulemused avaldatakse ajakirja Nature väljaandes 14. septembril 2006.
Algne allikas: Subaru pressiteade
