Kujutise krediit: ESO
Rahvusvaheline astronoomide meeskond on kasutanud Euroopa Lõuna vaatluskeskuse väga suurt teleskoopi (VLT), et vaadata sügavale kosmosesse ja näha 12,6 miljardi valgusaasta kaugusel asuvaid galaktikaid - neid galaktikaid nähakse siis, kui universum oli vaid 10% tema praegusest vanusest. On leitud vähe vanu galaktikaid ja see uus kollektsioon on aidanud astronoomidel järeldada, et nad kuuluvad kosmilisse pimeaega, kui helendavad galaktikad olid haruldasemad - neid oli veel mitu, alles 500 miljonit aastat hiljem.
ESO väga suure teleskoobi (VLT) abil on kaks astronoomid Saksamaalt ja Suurbritanniast [2] avastanud mõned kõige kaugemad galaktikad, mida eales nähtud. Need asuvad umbes 12 600 miljoni valgusaasta kaugusel.
Selle tohutu vahemaa läbimiseks on VLT nüüd salvestanud umbes üheksa kümnendikku Universumi vanusest. Seetõttu jälgime neid galaktikaid sellisena, nagu nad olid ajal, mil Universum oli väga noor, vähem kui umbes 10% tema praegusest vanusest. Sel ajal tekkis Universum pikaajalisest perioodist, mida tunti kui „pimedaid ajastuid“, sisenedes helendavasse „Kosmilise Renessansi“ ajastusse.
Erinevalt varasematest uuringutest, mille tulemusel avastati sellel varasel ajastul mõni laialt levinud galaktika, leidis käesolev uuring väikesest taevapiirkonnast vähemalt kuus kaugemat kodanikku, kelle täiskuu suurus on alla viie protsendi! See võimaldas mõista nende galaktikate arengut ja seda, kuidas need mõjutavad Universumi seisundit noorpõlves.
Täpsemalt järeldavad astronoomid oma ainulaadsete andmete põhjal, et universumis oli selles varajases staadiumis tunduvalt vähem helendavaid galaktikaid kui 500 miljonit aastat hiljem.
Seetõttu peab nende uuritud kosmose piirkonnas olema palju vähem helendavaid galaktikaid, mis on selles uuringus tuvastamiseks liiga nõrgad. Need peavad olema seni identifitseerimata galaktikad, mis eraldavad suurema osa energeetilistest footonitest, mis on vajalikud vesiniku ioniseerimiseks Universumis just sellel ajajärgul.
Suurest paugust kosmilise renessansini
Tänapäeval on Universumit tunginud energeetiline ultraviolettkiirgus, mida tekitavad kvaasarid ja kuumad tähed. Lühikese lainepikkusega footonid vabastavad elektrone vesiniku aatomitest, mis moodustavad hajusa galaktikavahelise keskkonna, ja viimane on seetõttu peaaegu täielikult ioniseeritud. Universumi ajaloos oli aga varajane epohh, kui see polnud veel nii.
Universum tekkis kuumast ja äärmiselt tihedast algseisundist, nn Suurest Paugust. Astronoomid usuvad nüüd, et see leidis aset umbes 13 700 miljonit aastat tagasi.
Esimeste minutite jooksul toodeti tohutul hulgal prootoneid, neutroneid ja elektrone. Universum oli nii kuum, et prootonid ja elektronid hõljusid vabalt: Universum oli täielikult ioniseeritud.
Pärast umbes 100 000 aastat oli Universum jahtunud mõne tuhande kraadini ja tuumad ja elektronid aatomite moodustamiseks. Kosmoloogid nimetavad seda hetke “rekombinatsiooni ajastuks”. Mikrolaine taustkiirgus, mida nüüd vaatleme kõigist suundadest, kujutab universumi suure ühtluse seisundit sellel kaugel ajastul.
Ent see oli ka aeg, mil Universum sukeldus pimedusse. Ühest küljest oli ürgse tulekera reliktiline kiirgus venitanud kosmilise paisumisega pikemate lainepikkuste suunas ja seetõttu ei olnud see vesinikku enam võimeline ioniseerima. Vastupidi, selle lõid kinni just moodustunud vesinikuaatomid. Teiselt poolt polnud veel moodustatud tähti ega kvaasare, mis võiksid avardada suurt ruumi. Seetõttu on seda räiget ajastut üsna mõistlikult nimetatud „tumedateks aegadeks“. Vaatlused pole siiani suutnud kaugesse ajastusse tungida - meie teadmised on endiselt algelised ja põhinevad kõik teoreetilistel arvutustel.
Paarsada miljonit aastat hiljem või vähemalt nii, nagu astronoomid usuvad, olid esimesed massiivsed objektid moodustunud hiiglaslikest gaasipilvedest, mis olid kokku liikunud. Tähtede esimene põlvkond ja mõnevõrra hiljem ka esimesed galaktikad ja kvaasarid tekitasid intensiivset ultraviolettkiirgust. See kiirgus ei saanud aga väga kaugele liikuda, kuna selles protsessis taas ioniseerunud vesinikuaatomid neelavad selle kohe.
Galateeruv gaas muutus seega ioniseerivate allikate ümber pidevalt kasvavates sfäärides taas ioniseerituks. Mingil hetkel olid need sfäärid muutunud nii suureks, et kattusid täielikult: udu Universumi kohal oli tõusnud!
See oli pimedate ajastute lõpp ja inimkonna ajaloost uuesti üle võetud terminit nimetatakse mõnikord “kosmiliseks renessansiks”. Kirjeldades selle perioodi kõige olulisemat tunnusjoont, nimetavad astronoomid seda ka “reionisatsiooni ajastuks”.
VLT-st kõige kaugemate galaktikate otsimine
Pimedate ajastute lõpul Universumi olekule valgustamiseks on vaja avastada ja uurida äärmiselt kaugel asuvaid (s.o suure punanihkega) galaktikaid. Kasutada võib erinevaid vaatlusmeetodeid - näiteks on kaugeid galaktikaid leitud kitsa ribaga pildistamise abil (nt ESO PR 12/03), kasutades pilte, mida on massiivsete klastrite abil suurendatud gravitatsiooniliselt ja mis on ka suundumust suurendavad.
Matthew Lehnert MPG-st Saksamaal Garchingist ja Malcolm Bremer Suurbritannia Bristoli ülikoolist kasutasid spetsiaalset tehnikat, mis kasutab ära kauge galaktika täheldatud värvide muutusi, mis on põhjustatud neeldumisest sekkuvas galaktikatevahelises keskkonnas. Galaktikaid punanihkega 4,8–5,8 [2] võib leida otsides galaktikaid, mis punase optilise valguse korral on suhteliselt eredad ja rohelises valguses nõrgad või märkamatud. Sellised "katkestused" üksikute galaktikate valguse jaotuses annavad kindlaid tõendeid selle kohta, et galaktika võib asuda kõrgel punasekkel ja et selle valgus sai alguse pikal teekonnal meie poole, alles umbes 1000 miljonit aastat pärast Suurt Pauku.
Selleks kasutasid nad kõigepealt 8,2-m VLT YEPUN teleskoobis FORS2 mitme režiimiga instrumenti, et teha äärmiselt “sügavaid” pilte läbi kolme optilise filtri (rohelise, punase ja väga punase) väikese taevaala (40 ruutkaareminuti) ehk umbes 5 protsenti täiskuu suurusest). Need pildid paljastasid umbes 20 galaktikat, kus rohelise ja punase filtri vahel on suured pausid, mis viitab sellele, et nad paiknesid punastes suurtes nihetes. Seejärel saadi sama instrumendiga nende galaktikate spektrid, et mõõta nende tõelist punast nihet.
"Nende vaatluste edu võti oli FORS2-l saadaoleva suurepärase uue punase täiustatud detektori kasutamine," ütleb Malcolm Bremer.
Spektrid näitasid, et kuus galaktikat asuvad vahemikus, mis vastab punanihkele vahemikus 4,8 kuni 5,8; teised galaktikad olid lähemal. Üllatusena ja astronoomide rõõmuks nähti ühte emissiooniliini teises minestatud galaktikas, mida juhuslikult täheldati (see juhtus asuma ühes FORS2 loendis), mis võib asuda veelgi kaugemal, punasest nihkes. 6.6. Kui seda kinnitavad hilisemad detailsemad tähelepanekud, oleks see galaktika kandidaat kuldmedalile kui kõige kaugemale teadaolevale!
Varasemad teadaolevad galaktikad
Spektritest selgus, et need galaktikad moodustavad aktiivselt tähti ja pole tõenäoliselt vanemad kui 100 miljonit aastat, võib-olla isegi nooremad. Kuid nende arv ja täheldatud heledus viitavad sellele, et nendel punastel nihketel on helendavaid galaktikaid vähem ja vähem helendavaid kui meile lähemal asuvaid sarnaselt valitud galaktikaid.
"Meie avastused näitavad, et avastatud galaktikatest pärinev ultraviolettvalgus ei ole ümbritseva gaasi täielikuks ioniseerimiseks piisav," selgitab Malcom Bremer. „See viib järelduseni, et meie uuritud kosmosepiirkonnas peab olema palju väiksemaid ja vähem helendavaid galaktikaid, mis on sel viisil tuvastamiseks liiga nõrgad. Need peavad veel nägematud galaktikad eraldama suurema osa energeetilistest footonitest, mis on vajalikud vesiniku ioniseerimiseks Universumis. "
„Järgmine samm on VLT kasutamine rohkemate ja õhemate galaktikate leidmiseks veelgi suurema punase nihkega,“ lisab Matthew Lehnert. "Suuremate selliste kaugete objektide valimi abil saame ülevaate nende olemusest ja nende tiheduse muutumisest taevas."
Briti esietendus
Siin esitatud tähelepanekud on Briti teadlaste esimeste suuremate avastuste hulgas pärast seda, kui Ühendkuningriik sai ESO liikmeks 2002. aasta juulis. Richard Wade osakeste füüsika ja astronoomia teadusnõukogust (PPARC), kes rahastab Ühendkuningriigi ESO tellimust, on väga rahul. : „Euroopa lõunavaatluskeskusega liitumisel on Suurbritannia astronoomidele antud juurdepääs maailma juhtivatele rajatistele, näiteks VLT-le. Need uued põnevad tulemused, mida on kindlasti veel palju tulemas, illustreerivad Ühendkuningriigi astronoomide tipptasemel avastuste panust. ”
Rohkem informatsiooni
Käesolevas pressiteates kirjeldatud tulemused ilmuvad peagi teadusajakirjas Astrophysical Journal (M. D. Lehnerti ja M. Bremeri “Luminous Lymani murdmis galaktikad väärtusega z> 5 ja taasioniseerimise allikas”). See on saadaval elektrooniliselt astro-ph / 0212431.
Märkused
[1]: See on ESO / PPARC koordineeritud pressiteade. Väljaande PPARC versiooni leiate siit.
[2]: Selle töö viisid läbi Malcolm Bremer (Bristoli ülikool, Suurbritannia) ja Matthew Lehnert (Max-Plancki instituut Extraterrestrische Physik, Garching, Saksamaa).
[3]: Bremeri sügava välja galaktikate mõõdetud punanihked on z = 4,8–5,8, ühe ootamatu (ja üllatava) punanihkega 6,6. Astronoomias tähistab punane nihe murdosa, mille võrra objekti spektris olevad jooned nihkub pikemate lainepikkuste poole. Kauggalaktika täheldatud punane nihe annab hinnangu selle kauguse kohta. Käesolevas tekstis näidatud vahemaad põhinevad universumi vanusel 13,7 miljardit aastat. Näidatud punanihkel täheldatakse aatomilise vesiniku Lyman-alfa joont (puhkelainepikkus 121,6 nm) lainepikkusel 680 kuni 920 nm, st punases spektripiirkonnas.
Algne allikas: ESO pressiteade
