Kép jóváírása: ESO
Egy csillagászok egy nemzetközi csapata az Európai Déli Megfigyelőközpont nagyon nagy távcsövét (VLT) használta, hogy mélyen az űrbe nézzen és 12,6 milliárd fényév távolságban lévő galaxisokat lássa - ezeket a galaxisokat akkor látják, amikor az Univerzum jelenlegi korszakának csupán 10% -a volt. Kevés galaxist találtak a régiban, és ez az új gyűjtemény segített a csillagászoknak arra a következtetésre jutni, hogy a kozmikus sötét kor részét képezik, amikor a világító galaxisok ritkábbak voltak - sokkal csak 500 millió évvel később.
Az ESO Nagyon Nagy Teleszkóp (VLT) segítségével két csillagász Németországból és az Egyesült Királyságból [2] fedezte fel a valaha látott legtávolabbi galaxisok néhányát. Körülbelül 12 600 millió fényév távolságra vannak.
A VLT által az Világegyetem korának körülbelül kilencedikedikén felvett fény megmutatta ezt a hatalmas távolságot. Ezért megfigyeljük azokat a galaxisokat, amilyenek voltak abban az időben, amikor az Univerzum nagyon fiatal volt, jelenlegi korának kevesebb, mint körülbelül 10% -a. Ebben az időben az Univerzum a „sötét korok” néven ismert hosszú időszakból alakult ki, és belépett a fényes „Kozmikus Reneszánsz” korszakba.
A korábbi tanulmányokkal ellentétben, amelyek ebben a korai korszakban néhány, széles körben elterjedt galaxist fedeztek fel, a jelen tanulmány legalább hat távoli állampolgárt talált egy kis égbolton, kevesebb, mint öt százalékkal a telihold méretében! Ez lehetővé tette, hogy megértsük ezen galaxisok fejlődését és azt, hogyan befolyásolják az Univerzum állapotát fiatalkorában.
A csillagászok egyedi adatok alapján arra a következtetésre jutnak, hogy ebben a korai szakaszban a Világegyetemben jóval kevesebb világító galaxis volt, mint 500 millió évvel később.
Ennélfogva sokkal kevésbé világító galaxisoknak kell lennie a vizsgált térben, amelyek túl halványak ahhoz, hogy kimutathatók legyenek ebben a tanulmányban. Azoknak a még azonosítatlan galaxisoknak kell kibocsátaniuk az energiájú fotonok nagy részét, amelyek ahhoz szükségesek, hogy az univerzumban hidrogént ionizálhassanak az adott korszakban.
A nagy robbantól a kozmikus reneszánszig
Manapság az univerzumot energiás ultraibolya sugárzás öntötte át, amelyet kvazárok és meleg csillagok állítanak elő. A rövid hullámhosszú fotonok elektronokat szabadítanak fel a hidrogénatomokból, amelyek képezik a diffúz galaktikus interktust, és ez utóbbi tehát szinte teljesen ionizált. A Világegyetem történetében azonban volt egy korai korszak, amikor ez nem így volt.
Az univerzum forró és rendkívül sűrű kezdeti állapotból, az úgynevezett Big Bang-ból származott. A csillagászok most úgy gondolják, hogy körülbelül 13 700 millió évvel ezelőtt történt.
Az első néhány perc alatt óriási mennyiségű protont, neutront és elektronot termeltünk. Az univerzum annyira meleg volt, hogy a protonok és az elektronok szabadon lebegtek: az univerzum teljesen ionizált volt.
Kb. 100 000 év elteltével az Univerzum néhány ezer fokra lehűlt, és a magok és elektronok atomokká egyesültek. A kozmológusok ezt a pillanatot „rekombinációs korszaknak” nevezik. A mikrohullámú háttér sugárzás, amelyet most minden irányból megfigyelünk, a nagy egységesség állapotát ábrázolja abban a távoli korszakban.
Ugyanakkor ez volt az az idő is, amikor a világegyetem elsötétült. Az egyik oldalon az őskori tűzgolyóból származó relikviás sugárzást a kozmikus expanzió meghosszabbította a hosszabb hullámhosszúság felé, ezért az már nem volt képes ionizálni a hidrogént. Éppen ellenkezőleg, csapdába ejtette a keletkező hidrogénatomokat. A másik oldalon még nem alakultak ki csillagok és kvazárok, amelyek megvilágíthatnák a hatalmas teret. Ez a komor korszak ezért ésszerűen „sötét korok” -nak nevezhető. A megfigyelések még nem tudtak bejutni ebbe a távoli korszakba - tudásunk még mindig kezdetleges és mind elméleti számításokon alapszik.
Néhány száz millió évvel később, vagy legalábbis úgy vélik a csillagászok, az első hatalmas tárgyak alakultak ki az óriási gázfelhőkből, amelyek együtt mozogtak. A csillagok első generációja, és valamivel később az első galaxisok és kvazárok intenzív ultraibolya sugárzást bocsátott ki. Ez a sugárzás nem haladhatott túl messzire, mivel azt azonnal abszorbeálnák a hidrogénatomok, amelyek ebben az eljárásban ismét ionizáltak.
A galaktikus gáz tehát ismét ionizálódott az ionizáló források körül folyamatosan növekvő gömbökön. Egy pillanatra ezek a gömbök olyan nagyok lettek, hogy teljesen átfedik egymást: az univerzum fölött a köd felemelkedett!
Ez a sötét korok vége volt, és egy fogalommal, amelyet újra átvettek az emberi történelemből, néha „kozmikus reneszánsznak” hívják. Az idõszak legfontosabb jellemzõjét leírva a csillagászok azt is „reionizáció korszakának” hívják.
A legtávolabbi galaxisok megtalálása a VLT segítségével
Annak érdekében, hogy rávilágítson az univerzum állapotára a sötét korok végén, fel kell fedezni és tanulmányozni kell rendkívül távoli (vagyis nagy vöröseltolódású [2]) galaxisokat. Különböző megfigyelési módszereket lehet használni - például távoli galaxiseket találtak keskeny sávú képalkotással (például ESO PR 12/03), olyan képek felhasználásával, amelyeket a hatalmas klaszterek gravitációs szempontból javítottak, és szintén szerendipitikusan.
Matthew Lehnert (a németországi Garchingi MPE) és Malcolm Bremer a bristoli egyetemen (Egyesült Királyság) speciális technikát alkalmaztak, amely kihasználja a távoli galaxis megfigyelt színének megváltozását, amelyet az interlaktikus közegben történő abszorpció okoz. A 4,8 és 5,8 közötti vöröseltolódásban lévő galaxisok [2] megtalálhatók olyan galaxisok keresésével, amelyek viszonylag fényesek a vörös optikai fényben, és amelyek halványak vagy észrevehetetlenek a zöld fényben. Az egyes galaxisok fényeloszlásának ilyen „szünetei” határozott bizonyítékot szolgáltatnak arra, hogy a galaxis nagy vöröseltolódásban helyezkedik el, és hogy a fény hosszú útján indult feléünk, csak kb. 1000 millió évvel a Nagyrobbanás után.
Ehhez először a FORS2 multi-mode műszert használták a 8,2 m-es VLT YEPUN teleszkópon, hogy rendkívül „mély” képeket készítsen három optikai szűrőn keresztül (zöld, piros és nagyon vörös) egy kis égbolton (40 négyzetperc) , vagy kb. 5% -a telihold méretének). Ezek a képek körülbelül 20 galaxist fedtek fel, nagy szakadásokkal a zöld és a piros szűrők között, ami arra utal, hogy nagy vöröseltolódásban vannak. Ezeknek a galaxisoknak a spektrumát ugyanazzal a műszerrel kaptuk meg, hogy megmérjük valódi vöröseltolódásukat.
"A megfigyelések sikerének kulcsa a FORS2-en elérhető nagyszerű, vöröses továbbfejlesztett detektor használata volt" - mondta Malcolm Bremer.
A spektrumok azt mutatták, hogy hat galaxis olyan távolságra helyezkedik el, amely megfelel a vöröseltolódásoknak 4,8 és 5,8 között; más galaxisok közelebb voltak. Meglepő módon, és a csillagászok örömére, egy emissziós vonalat láttunk egy másik halvány galaxisban, amelyet véletlenszerűen megfigyeltünk (történt, hogy az egyik FORS2 résen található), amely valószínűleg még távolabb is helyezkedik el, egy 6.6. Ha ezt későbbi részletesebb megfigyelések megerősítik, akkor ez a galaxis versenyző lesz az aranyérmet, mint a legtávolabbit ismertté tevő személy!
A legkorábbi ismert galaxisok
A spektrumok azt mutatták, hogy ezek a galaxisok aktívan csillagokat képeznek és valószínűleg nem régebbiek 100 millió évnél, még talán még fiatalabbak is. Számuk és megfigyelt fényerő azonban azt sugallja, hogy ezen vöröseltolódásokban a világító galaxisok kevésbé és kevésbé világítanak, mint a hozzánk közelebb lévő hasonlóan kiválasztott galaxisok.
"Eredményeink azt mutatják, hogy a felfedezett galaxisokból származó ultraibolya fény nem elegendő a környező gáz teljes ionizálásához" - magyarázza Malcom Bremer. „Ez arra a következtetésre vezet minket, hogy a vizsgált űr régiójában sokkal kisebb és kevésbé világító galaxisnak kell lennie, túl halvány ahhoz, hogy így észlelhető legyen. Ezeknek a még láthatatlan galaxisoknak kell kibocsátaniuk a hidrogén ionizálásához szükséges energetikai fotonok nagy részét az univerzumban. ”
„A következő lépés a VLT használata, hogy még nagyobb és olcsóbb galaxiseket találjunk még nagyobb vöröseltolódásokban” - tette hozzá Matthew Lehnert. "Az ilyen távoli tárgyak nagyobb mintájával betekintést nyerhetünk azok természetébe és az égben lévő sűrűségük változásába."
Brit premier
Az itt bemutatott megfigyelések között szerepelnek a brit tudósok első jelentős felfedezései, miután az Egyesült Királyság 2002. júliusában csatlakozott az ESO-hoz. Richard Wade a részecskefizikai és csillagászati kutatási tanácsból (PPARC), amely az ESO brit előfizetését finanszírozza, nagyon elégedett. : „Az Európai Déli Megfigyelő Intézethez való csatlakozáskor az Egyesült Királyság csillagászai hozzáférést kaptak a világ vezető létesítményeihez, például a VLT-hez. Ezek az izgalmas új eredmények, amelyekben biztos vagyok benne, hogy még sok más várható, szemléltetik, hogy az Egyesült Királyság csillagászai hogyan járulnak hozzá az élvonalbeli felfedezésekhez. ”
Több információ
Az ebben a sajtóközleményben ismertetett eredmények hamarosan megjelennek az Astrophysical Journal kutatási folyóiratban („M. D. Lehnert és M. Bremer„ Világító Lyman Break Galaxikák z> 5-nél és a reionizáció forrása ”). Elektronikusan astro-ph / 0212431 néven kapható.
Megjegyzések
[1]: Ez egy összehangolt ESO / PPARC sajtóközlemény. A kiadás PPARC verziója itt található.
[2]: Ezt a munkát Malcolm Bremer (Bristoli Egyetem, Egyesült Királyság) és Matthew Lehnert (Max-Planck-Intézet, Extraterrestrische Physik, Garching, Németország) végezte.
[3]: A Bremer Deep Field galaxisának mért vöröseltolódása z = 4,8-5,8, egy váratlan (és meglepő) vöröseltolódás pedig 6,6. A csillagászatban az vöröseltolódás azt a hányadot jelöli, amellyel a tárgy spektrumában lévő vonalak hosszabb hullámhossz felé tolódnak el. A távoli galaxis megfigyelt vöröseltolódása megbecsüli a távolságot. A jelen szövegben megjelölt távolságok az univerzum kora 13,7 milliárd év. A jelzett vöröseltolódásnál az atomi hidrogén Lyman-alfa vonalát (nyugalmi hullámhossz 121,6 nm) megfigyeltük 680-920 nm hullámhosszon, azaz a vörös spektrumtartományban.
Eredeti forrás: az ESO sajtóközleménye
