Kuvaluotto: ESO
Vaikka maailmankaikkeus on tällä hetkellä kaiken kaikkiaan beige, väri oli aiemmin enemmän sinistä, totesivat Euroopan eteläisen observatorion tähtitieteilijät. Astronomit määrittelivät etäisyyden ja värin 300 galaksiin, jotka sisältyivät Hubble Deep Sky -kyselyyn. Tutkimuksessa tarkasteltiin syvästi taivaanaluetta Tuscanaen eteläisessä tähdistössä.
Kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä [1] on määrittänyt maailmankaikkeuden värin, kun se oli hyvin nuori. Vaikka maailmankaikkeus on nyt eräänlainen beige, se oli paljon sinisempi kaukaisessa menneisyydessä, aikana, jolloin se oli vain 2500 miljoonaa vuotta vanha.
Tämä on tulosta laajasta ja perusteellisesta analyysistä yli 300 galaksista, jotka nähdään pienellä eteläisen taivaan alueella, ns. Hubble Deep Field South. Tämän syventävän tutkimuksen päätavoite oli ymmärtää kuinka maailmankaikkeuden tähtien sisältö koottiin ja miten se on ajan myötä muuttunut.
Hollantilainen tähtitieteilijä Marijn Franx, Leidenin observatorion (Alankomaat) tiimin jäsen, selittää: ”Varhaisen maailmankaikkeuden sininen väri johtuu pääasiassa sinisestä valosta, joka on nuorten tähtiä galakseissa. Space Magazine: n punaisemman värin aiheuttaa suhteellisen suuri määrä vanhempia, punaisempia tähtiä. "
Tiiminvetäjä, Gregory Rudnick Max-Planckin instituutista? Astrophysics (Garching, Saksa) lisää: ”Koska aikaisemmin maailmankaikkeuden valon kokonaismäärä oli suunnilleen sama kuin tänään ja nuori sininen tähti säteilee paljon enemmän valoa kuin vanha punainen tähti, nuoressa maailmankaikkeudessa on täytynyt olla huomattavasti vähemmän tähtiä kuin nyt. Uusien havaintoidemme mukaan suurin osa maailmankaikkeuden tähtiä muodostui suhteellisen myöhään, ei kauan ennen aurinkomme syntymistä, hetkellä, jolloin maailmankaikkeus oli noin 7 000 miljoonaa vuotta vanha. "
Nämä uudet tulokset perustuvat ainutlaatuisiin tietoihin, jotka on kerätty yli 100 tunnin havainnoinnilla ISAAC-monimuotolaitteella ESOn erittäin suurella teleskoopilla (VLT) osana suurta tutkimusprojektia, Faint InfraRed Extragalactic Survey (FIRES). Etäisyydet galakseihin arvioitiin niiden kirkkaudesta erilaisissa optisissa lähellä infrapuna-aallonpituuskaistoissa.
Varhaisen maailmankaikkeuden tarkkailu
Nyt on hyvin tiedossa, että aurinko muodostui noin 4,5 miljardia vuotta sitten. Mutta milloin suurin osa muista tähdeistä kodin galaksissamme muodostui? Entä tähdet muissa galakseissa? Nämä ovat eräitä nykypäivän tähtitieteen avainkysymyksiä, mutta niihin voidaan vastata vain havaintojen avulla maailman suurimpien kaukoputkien avulla.
Yksi tapa käsitellä näitä kysymyksiä on tarkkailla hyvin nuorta maailmankaikkeutta suoraan - ajassa taaksepäin. Tätä varten tähtitieteilijät hyödyntävät sitä tosiasiaa, että hyvin kaukaisten galaksien lähettämä valo kulkee kauan ennen kuin pääsee meille. Siten, kun tähtitieteilijät katsovat tällaisia etäkohteita, he näkevät ne sellaisina kuin ne ilmestyivät kauan sitten.
Nuo syrjäiset galaksit ovat kuitenkin erittäin heikkoja, ja tämän vuoksi nämä havainnot ovat teknisesti vaikeita. Toinen komplikaatio on, että maailmankaikkeuden laajentumisen vuoksi valo näistä galakseista siirtyy pidemmälle aallonpituudelle [2], optisen aallonpituusalueen ulkopuolelle ja infrapuna-alueelle.
Jotta näitä varhaisia galakseja voitaisiin tutkia yksityiskohtaisesti, tähtitieteilijöiden on siksi käytettävä suurimpia maanpäällisiä teleskooppeja keräämällä heikkoa valoaan hyvin pitkien valotusten aikana. Lisäksi heidän on käytettävä infrapunaherkkiä ilmaisimia.
Kaukoputket jättiläisistä silmistä
”Hubble Deep Field South (HDF-S)” on hyvin pieni osa taivaasta Tucanaen eteläisessä tähdistössä (“Toucan”). Se valittiin erittäin yksityiskohtaisille tutkimuksille Hubble Space Telescope (HST) ja muiden voimakkaiden kaukoputkien avulla. HST: n saamat tämän kentän optiset kuvat edustavat kokonaisvalotusaikaa 140 tuntia. Monet maanpäälliset kaukoputket ovat myös saaneet kuvia ja spektriä esineistä tällä taivaan alueella, etenkin ESOn kaukoputket Chilessä.
Taivaan pinta-alaa 2,5 x 2,5 kaarminmin HDF-S: n suuntaan havaittiin perusteellisen tutkimuksen yhteydessä (heikko infrapunaradiotutkimus; PALOT, katso ESO PR 23/02). Se on hiukan suurempi kuin HST: n WFPC2-kameran peittämä kenttä, mutta silti 100 kertaa pienempi kuin täysikuu.
Aina kun tämä kenttä oli näkyvissä ESO Paranal Observatory -keskuksesta ja ilmakehän olosuhteet olivat optimaaliset, ESO: n tähtitieteilijät osoittivat 8,2 m: n VLT ANTU-teleskoopin tähän suuntaan ottaen lähellä infrapunakuvia ISAAC-monimuotolaitteella. Kaiken kaikkiaan kenttää tarkkailtiin yli 100 tuntia ja tuloksena olevat kuvat (katso ESO PR 23/02) ovat syvimpiä maapallonäkymiä lähi-infrapuna Js- ja H-kaistoilla. Ks-kaista-kuva on kaikkien tämän alueen spektrikaistaan kuuluvien taivaankenttien syvin maasta tai avaruudesta saatu kuva.
Nämä ainutlaatuiset tiedot tarjoavat poikkeuksellisen kuvan ja ovat nyt mahdollistaneet ennennäkemättömien tutkimusten galaksin populaatiosta nuoressa maailmankaikkeudessa. Paranalin poikkeuksellisten näkemisolosuhteiden takia VLT: llä saaduilla tiedoilla on erinomainen kuvan terävyys (”näkemä” 0,48 kaarisekuntia), ja niitä voidaan yhdistää HST-optiseen dataan melkein ilman laadun heikkenemistä.
Sinisempi väri
Astronomit pystyivät havaitsemaan näistä kuvista yksiselitteisesti noin 300 galaksia. Jokaisesta heistä mitattiin etäisyys määrittämällä punasiirto [2]. Tämä tehtiin äskettäin parannetulla menetelmällä, joka perustuu kaikkien yksittäisten spektrikaistojen objektien kirkkauden vertaamiseen läheisten galaksien joukon kirkkauteen.
Tällä tavoin kentältä löydettiin galakseja, joiden punasiirtymät olivat jopa z = 3,2, mikä vastaa etäisyyttä noin 11 500 miljoonaa valovuotta. Toisin sanoen, tähtitieteilijät näkivät näiden hyvin syrjäisten galaksien valon sellaisena kuin ne olivat, kun maailmankaikkeus oli vain noin 2,2 miljardia vuotta vanha.
Seuraavaksi tähtitieteilijät määrittivät kunkin galaksin lähettämän valon määrän siten, että punasiirteen vaikutukset ”poistettiin”. Toisin sanoen he mittasivat valon määrän eri aallonpituuksilla (väreillä) kuin sen olisi havainnut havaitsija kyseisen galaksin lähellä. Tämä tietysti viittaa vain valoon tähtiiltä, joita pöly ei peitä voimakkaasti.
Tiivistämällä kaikkien galaksien eri aallonpituuksilla emittoima valo tietyllä kosmisella aikakaudella, tähtitieteilijät voisivat sitten myös määrittää maailmankaikkeuden keskimääräisen värin ("kosmisen värin") kyseisellä ajanjaksolla. Lisäksi he pystyivät mittaamaan, kuinka tämä väri on muuttunut maailmankaikkeuden vanhetessa.
He päättelevät, että kosminen väri muuttuu punaisemmaksi ajan myötä. Erityisesti se oli aikaisemmin paljon sinisempi; Nyt, lähes 14 000 miljoonan vuoden iässä, maailmankaikkeus on eräänlainen beige.
Milloin tähdet muodostuivat?
Kosmisen värin muutos ajan myötä voi olla sinänsä mielenkiintoinen, mutta se on myös välttämätön työkalu sen määrittämiseen, kuinka nopeasti tähdet kokoontuivat maailmankaikkeuteen.
Itse asiassa, vaikka yksittäisten galaksien tähtien muodostumisella voi olla monimutkainen historia, joka kiihtyy joskus todellisiksi “tähtipurskeiksi”, uudet havainnot - jotka nyt perustuvat moniin galakseihin - osoittavat, että tähten muodostumisen “keskimääräinen historia” maailmankaikkeudessa on paljon yksinkertaisempi. Tämä käy ilmi havainnoidusta kosmisen värin tasaisesta muutoksesta maailmankaikkeuden vanhetessa.
Tähtitieteilijät pystyivät käyttämään kosmista väriä myös määrittämään, kuinka suhteellisen valkaisemattomien tähtijen keski-ikä muuttui ajan myötä. Koska maailmankaikkeus oli aikaisemmin paljon sinisempi kuin nyt, he päättelivät, että maailmankaikkeus ei tuota nyt niin monta sinistä (korkea massa, lyhytikäinen) tähteä kuin se oli aikaisemmin, ja samalla punaista (pieni massa) , pitkäikäisiä) tähtiä aiempien sukupolvien tähtiä muodostuu edelleen. Siniset massiiviset tähdet kuolevat nopeammin kuin punaiset, vähämassiset tähdet, ja siksi tähtiryhmän iän kasvaessa siniset lyhytaikaiset tähdet kuolevat ja ryhmän keskimääräinen väri muuttuu punaisemmaksi. Niin teki koko maailmankaikkeus.
Tämä käyttäytyminen muistuttaa jonkin verran ikääntymistä nykyaikaisissa länsimaissa, joissa syntyy vähemmän vauvoja kuin aiemmin ja ihmiset elävät pidempään kuin menneisyydessä. Kokonaisvaikutuksena väestön keski-ikä on nousussa.
Astronomit määrittivät, kuinka monta tähteä oli jo muodostunut, kun maailmankaikkeus oli vain noin 3000 miljoonaa vuotta vanha. Nuoret tähdet (sinisenväriset) säteilevät enemmän valoa kuin vanhemmat (punaisemmat) tähdet. Koska nuoressa maailmankaikkeudessa oli kuitenkin vain yhtä paljon valoa kuin nykyään - vaikka galaksit ovatkin nyt paljon punaisempia -, tämä tarkoittaa, että varhaisessa maailmankaikkeudessa oli vähemmän tähtiä kuin tänään. Tämä tutkimus osoittaa, että varhaisessa vaiheessa tähtiä oli kymmenen kertaa vähemmän kuin nyt.
Lopuksi, tähtitieteilijät havaitsivat, että suunnilleen puolet havaittujen galaksien tähdistä on muodostunut ajanjakson jälkeen, jolloin maailmankaikkeus oli noin puoli vanhempi (7 000 miljoonaa vuotta Ison räjähdyksen jälkeen) kuin nykyään (14 000 miljoonaa vuotta).
Vaikka tämä tulos on johdettu hyvin pienen taivaankentän tutkimuksesta, eikä se siksi välttämättä edusta täysin universumia kokonaisuutena, tämän tuloksen on osoitettu pitävän sitä muilla taivaskentäillä.
Alkuperäinen lähde: ESO-lehdistötiedote
