Kuvaluotto: ESO
Kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä on käyttänyt Euroopan eteläisen observatorion erittäin suurta kaukoputkea (VLT) katsomaan syvälle avaruuteen ja nähdä 12,6 miljardin valovuoden päässä sijaitsevat galaksit - näitä galakseja nähdään silloin, kun maailmankaikkeus oli vain 10% nykyisestä ikästään. Muutamia tämän vanhoja galakseja on löydetty, ja tämä uusi kokoelma on auttanut tähtitieteilijöitä toteamaan olevansa kosmisessa pimeässä aikakaudella, jolloin valoisat galaksit olivat harvinaisempia - niitä oli paljon enemmän vain 500 miljoonaa vuotta myöhemmin.
Kaksi tähtitieteilijää Saksasta ja Yhdistyneestä kuningaskunnasta [2] ovat löytäneet ESO: n erittäin suuren teleskoopin (VLT) avulla kaikkein kaikkein kaikkein koskaan nähneet galaksit. Ne sijaitsevat noin 12 600 miljoonan valovuoden päässä.
Se on ottanut valon, jonka VLT on nyt kirjannut noin yhdeksän kymmenesosaa maailmankaikkeuden ikävuudesta, kulkeakseen tämän valtavan etäisyyden. Siksi tarkkailemme näitä galakseja sellaisina kuin ne olivat aikana, jolloin maailmankaikkeus oli hyvin nuori, alle noin 10% nykyisestä iästään. Tuolloin maailmankaikkeus oli nousemassa pitkästä jaksosta, jota kutsutaan nimellä “pimeät aikakaudet”, siirtyen valoisaan “kosmisen renessanssin” aikakauteen.
Toisin kuin aikaisemmissa tutkimuksissa, joiden tuloksena on löydetty muutama, hajallaan oleva galaksi tällä varhaisella aikakaudella, tässä tutkimuksessa löydettiin vähintään kuusi kaukaista kansalaista pienellä taivaan alueella, joka oli alle viisi prosenttia täysikuun koosta! Tämä antoi ymmärtää näiden galaksien kehityksen ja kuinka ne vaikuttavat maailmankaikkeuden tilaan sen nuoruudessa.
Erityisesti tähtitieteilijät päättävät ainutlaatuisten tietojensa perusteella, että universumissa oli huomattavasti vähemmän valoisia galakseja tässä varhaisessa vaiheessa kuin 500 miljoonaa vuotta myöhemmin.
Siksi tutkitullaan avaruusalueella on oltava paljon vähemmän valoisia galakseja, liian heikot havaittaviksi tässä tutkimuksessa. Niiden on vielä tunnistamattomia galakseja, jotka emittoivat suurimman osan energian fotoneista, joita tarvitaan vetyjen ionisoimiseksi maailmankaikkeudessa tuona erityisenä ajankohtana.
Suuresta räjähdyksestä kosmiseen renessanssiin
Nykyään universumia valtaa energinen ultraviolettisäteily, jota kvasaarit ja kuumat tähdet tuottavat. Lyhyen aallonpituuden fotonit vapauttavat elektroneja vetyatomeista, jotka muodostavat hajanaisen gagaktisen väliaineen, ja jälkimmäinen on siten melkein ionisoitunut. Universumin historiassa oli kuitenkin varhainen aikakausi, kun tämä ei ollut niin.
Universumi syntyi kuumasta ja erittäin tiheästä lähtötilasta, ns. Big Bang. Tähtitieteilijät uskovat nyt, että se tapahtui noin 13 700 miljoonaa vuotta sitten.
Muutaman ensimmäisen minuutin aikana tuotettiin valtavia määriä protoneja, neutroneja ja elektroneja. Universumi oli niin kuuma, että protonit ja elektronit kelluvat vapaasti: maailmankaikkeus oli täysin ionisoitunut.
Noin 100 000 vuoden kuluttua maailmankaikkeus oli jäähtynyt muutamaan tuhanteen asteeseen ja ytimet ja elektronit yhdistyivät nyt atomien muodostamiseksi. Kosmologit kutsuvat tätä hetkeä ”rekombinaation aikakaudeksi”. Mikroaaltotaustosäteily, jota nyt havaitsemme kaikista suunnista, kuvaa maailmankaikkeuden suuren yhtenäisyyden tilaa kaukaisella aikakaudella.
Tämä oli kuitenkin myös aika, jolloin maailmankaikkeus uppoutui pimeyteen. Toiselta puolelta, alkuperäisen tulipallin jäännössäteily oli venyttänyt kosmisella laajenemisella kohti pidempiä aallonpituuksia, ja siksi se ei enää pystynyt ionisoimaan vetyä. Päinvastoin, se oli loukussa juuri muodostuneiden vetyatomien kanssa. Toisella puolella ei ollut vielä muodostettu tähtiä tai kvasaareja, jotka voisivat valaista valtavaa tilaa. Tätä surkeaa aikakautta kutsutaan siis melko kohtuudella "pimeiksi aikakaudeksi". Havainnot eivät ole vielä onnistuneet tunkeutumaan tähän kaukaiseen ikään - tietämyksemme on edelleen alkeellista ja perustuu kaikki teoreettisiin laskelmiin.
Muutama sata miljoonaa vuotta myöhemmin, tai ainakin tähtitieteilijöiden mukaan jotkut aivan ensimmäiset massiiviset esineet olivat muodostuneet yhdessä liikkuneista valtavista kaasupilvistä. Tähtien ensimmäinen sukupolvi ja jonkin verran myöhemmin ensimmäiset galaksit ja kvaasarit tuottivat voimakasta ultraviolettisäteilyä. Tuo säteily ei voinut kulkea kovinkaan pitkälle, koska vetyatomit, jotka taas ionisoivat tässä prosessissa, absorboivat sen heti.
Maidonvälinen kaasu siis ionisoitui tasaisesti kasvavilla palloilla ionisoivien lähteiden ympärillä. Jossain vaiheessa näistä palloista oli tullut niin suuria, että ne limittyivät kokonaan: maailmankaikkeuden sumu oli kohonnut!
Tämä oli pimeiden aikakausien päättyminen, ja termillä, joka on jälleen otettu inhimillisestä historiasta, viitataan joskus “kosmiseen renessanssiin”. Astronomit kuvaavat tämän ajanjakson merkittävimpiä piirteitä ”reionisaation aikakaudeksi”.
Kaukaisimpien galaksien löytäminen VLT: n avulla
Jotta valaistaan maailmankaikkeuden tilaa pimeiden aikakausien lopulla, on tarpeen löytää ja tutkia erittäin kaukana olevia (ts. Voimakkaan punasiirtymän [2]) galakseja. Erilaisia havainnointimenetelmiä voidaan käyttää - esimerkiksi etäiset galaksit on löydetty kapeakaistaiskuvan avulla (esim. ESO PR 12/03), käyttämällä kuvia, joita massiiviset klusterit ovat korostaneet painovoimaisesti ja myös suotuisasti.
Matthew Lehnert MPE: stä Garchingista, Saksa, ja Malcolm Bremer Bristolin yliopistosta, Iso-Britannia, käyttivät erityistä tekniikkaa, joka hyödyntää etäisen galaksin havaittujen värien muutosta, joka johtuu absorptiosta väliintulossa olevassa galaktisessa väliaineessa. Galaksit punasiirtymisessä 4,8 - 5,8 [2] löytyvät etsimällä galakseja, jotka näyttävät suhteellisen kirkkaalta punaisessa optisessa valossa ja jotka ovat heikot tai huomaamatta vihreässä valossa. Tällaiset ”tauot” yksittäisten galaksien valonjaossa tarjoavat vahvan todisteen siitä, että galaksi saattaa sijaita voimakkaassa punasiirtymässä ja että sen valo alkoi pitkällä matkalla kohti meitä, vain noin 1000 miljoonaa vuotta Ison räjähdyksen jälkeen.
Tätä varten he käyttivät ensin FORS2-monimuotolaitetta 8,2-m: n VLT YEPUN-teleskoopilla erittäin “syvien” kuvien ottamiseksi kolmen optisen suodattimen (vihreä, punainen ja erittäin punainen) läpi pienellä taivaan alueella (40 neliökaaria minuutissa). , tai noin 5 prosenttia täysikuun koosta). Nämä kuvat paljastivat noin 20 galaksia, joissa oli suuria katkoksia vihreän ja punaisen suodattimen välillä, mikä viittaa siihen, että ne sijaitsivat voimakkaassa punasuunnassa. Näiden galaksien spektrit saatiin sitten samalla instrumentilla niiden todellisten punasiirtojen mittaamiseksi.
"Avain näiden havaintojen onnistumiseen oli FORS2: lla saatavana olevan uuden suuren, punaisella parannetun ilmaisimen käyttö", Malcolm Bremer sanoo.
Spektrit osoittivat, että kuusi galaksia sijoittuu etäisyyksille, jotka vastaavat punasiirtymiä välillä 4,8 - 5,8; muut galaksit olivat lähempänä. Yllättäen ja tähtitieteilijöiden iloksi, yksi päästöjohto nähtiin toisessa heikossa galaksissa, jota havaittiin sattumanvaraisesti (se tapahtui sijaitsevan yhdessä FORS2-loisteissa), joka saattaa sijaita vielä kauempana, punaisella siirtymällä 6.6. Jos tämä vahvistetaan myöhemmillä yksityiskohtaisemmilla havainnoilla, kyseinen galaksi olisi haastaja kultamitalille kauimpana tunnetuksi!
Varhaisimmat tunnetut galaksit
Spektrit paljastivat, että nämä galaksit muodostavat aktiivisesti tähtiä ja eivät todennäköisesti ole yli 100 miljoonaa vuotta vanhoja, ehkä jopa nuorempia. Niiden lukumäärä ja havaittu kirkkaus viittaavat kuitenkin siihen, että näissä punasiirtymissä valaisevat galaksit ovat vähemmän ja vähemmän valoisat kuin vastaavasti valitut galaksit, jotka ovat lähempänä meitä.
"Tuloksemme osoittavat, että löydetyistä galakseista tuleva ultraviolettivalo ei riitä ympäröivän kaasun täydelliseen ionisointiin", Malcom Bremer selittää. ”Tämä johtaa meidät siihen johtopäätökseen, että tutkitulla avaruusalueella on oltava paljon pienempiä ja vähemmän valoisia galakseja, liian heikot, jotta voidaan havaita tällä tavalla. Näiden vielä näkymättömien galaksien on emittoitava suurin osa energian fotoneista, joita tarvitaan vetyjen ionisoimiseksi maailmankaikkeudessa. "
"Seuraava askel on käyttää VLT: tä löytääksesi enemmän ja kevyempiä galakseja vielä suuremmissa punasiirtoissa", lisää Matthew Lehnert. "Suuremmalla näytteellä sellaisista kaukaisista esineistä voimme sitten saada käsityksen niiden luonteesta ja niiden tiheyden muutoksesta taivaalla."
Britannian ensi-ilta
Tässä esitetyt havainnot ovat brittiläisten tutkijoiden ensimmäisiä merkittäviä löytöjä sen jälkeen, kun Yhdistyneestä kuningaskunnasta tuli ESO: n jäsen heinäkuussa 2002. Richard Wade Particle Physics and Astronomy Research Councilista (PPARC), joka rahoittaa Ison-Britannian tilaamista ESO: sta, on erittäin tyytyväinen : ”Liittyessään Euroopan eteläiseen observatorioon, Ison-Britannian tähtitieteilijöille on annettu pääsy maailman johtaviin palveluihin, kuten VLT. Nämä jännittävät uudet tulokset, joista varmasti on vielä paljon tulevia, kuvaavat sitä, kuinka Ison-Britannian tähtitieteilijät osallistuvat huippuluokan löytöihin. ”
Lisää tietoa
Tässä lehdistötiedotteessa kuvatut tulokset tulevat näkyviin tutkimuslehdessä Astrophysical Journal (M. D. Lehnertin ja M. Bremerin ”Luminous Lyman Break Galaxies at z> 5 and Reionization Source”). Se on saatavana sähköisesti astro-ph / 0212431.
Huomautuksia
[1]: Tämä on koordinoitu ESO / PPARC-lehdistötiedote. Julkaisun PPARC-versio löytyy täältä.
[2]: Tämän työn suorittivat Malcolm Bremer (Bristolin yliopisto, Iso-Britannia) ja Matthew Lehnert (Max-Planck -instituutti, Extraterrestrische Physik, Garching, Saksa).
[3]: Bremerin syvän kentän galaksien mitatut punasiirtymät ovat z = 4,8-5,8, yhden odottamattoman (ja yllättävän) punasiirtymän ollessa 6,6. Tähtitiedessä punasiirtymä tarkoittaa fraktiota, jolla objektin spektrin viivat siirtyvät pidemmälle aallonpituudelle. Etä galaksin havaittu punasiirtymä antaa arvio etäisyydestä. Tässä tekstissä ilmoitetut etäisyydet perustuvat maailmankaikkeuden ikään 13,7 miljardia vuotta. Osoitetussa punasiirtymässä havaitaan atomivetyn Lyman-alfa-linjaa (lepoaallonpituus 121,6 nm) aallonpituudella 680 - 920 nm, ts. Punaisella spektrialueella.
Alkuperäinen lähde: ESO-lehdistötiedote
