Jaudīgais Subaru teleskops Havaju salās ir atradis vistālāk redzēto galaktiku, kas atrodas 12,88 miljardu gaismas gadu attālumā - tas ir tikai 780 miljoni gadu pēc Lielā sprādziena. Novērot objektus šajā tālu ir ārkārtīgi grūti ne tikai lielā attāluma dēļ, bet arī tāpēc, ka lielu daļu Visuma aizēnoja neitrāls ūdeņradis. Zvaigznes tikai pēc tam sāka attīrīt šo neitrālo ūdeņradi, padarot Visumu caurspīdīgu.
Astronomi, kas izmanto Subaru teleskopu Havaju salās, ir meklējuši 60 miljonus gadu tālāku laiku nekā citi astronomi, lai atrastu vistālāk zināmo Visumu galaktiku. To darot, viņi atbalsta Subaru rekordu, lai atrastu visattālākās un agrākās zināmās galaktikas. Viņu jaunākais atklājums ir par galaktiku I0K-1, kas atrodas tik tālu, ka astronomi to redz tā, kā tā parādījās pirms 12,88 miljardiem gadu.
Šis atklājums, kura pamatā ir Japānas Nacionālās astronomiskās observatorijas (NAOJ) Masanori Iye, Tokijas Universitātes Kazuaki Ota, NAOJ Nobunari Kashikawa un citu novērojumi, norāda, ka galaktikas pastāvēja tikai 780 miljonus gadu pēc tam, kad Visums radās. pirms apmēram 13,66 miljardiem gadu kā karstu elementu daļiņu zupu.
Lai noteiktu gaismu no šīs galaktikas, astronomi izmantoja Subaru teleskopa Suprime-Cam kameru, kas aprīkota ar speciālu filtru, lai meklētu tālu galaktikas kandidātus. Viņi atrada 41 533 objektus, un no tiem tika identificētas divas kandidāt galaktikas, kas paredzētas tālākai izpētei, izmantojot Faar Object Camera and Spectrograph (FOCAS) Subaru. Viņi atklāja, ka IOK-1, kas ir spilgtākais no diviem, sarkanās gaismas nobīde ir 6.964, kas apstiprina tā attālumu 12,88 miljardu gaismas gadu laikā.
Atklājums izaicina astronomus precīzi noteikt, kas notika starp 780 un 840 miljoniem gadu pēc Lielā sprādziena. IOK-1 ir viena no tikai divām jaunā pētījuma galaktikām, kas varētu piederēt šai tālajai epopejai. Ņemot vērā atklāto galaktiku skaitu no 840 miljoniem gadu pēc Lielā sprādziena, izpētes komanda bija gaidījusi, ka šajā attālumā atradīs pat sešas galaktikas. Objektu, piemēram, IOK-1, salīdzinošais retums nozīmē, ka Visumam ir jābūt mainījies 60 miljonu gadu laikā, kas atdala abus laikmetus.
Aizraujošākā notikušā interpretācija ir tāda, ka mēs redzam notikumu, ko astronomi pazīst kā Visuma reionizāciju. Šajā gadījumā 780 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena Visumam joprojām bija pietiekami daudz neitrāla ūdeņraža, lai bloķētu mūsu skatījumu uz jaunām galaktikām, absorbējot gaismu, ko rada viņu karstās jaunās zvaigznes. Pēc sešdesmit miljoniem gadu bija pietiekami daudz karstu jaunu zvaigžņu, lai jonizētu atlikušo neitrālo ūdeņradi, padarot Visumu caurspīdīgu un ļaujot mums redzēt viņu zvaigznes.
Citā rezultātu interpretācijā teikts, ka 780 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena bija mazāk lielu un gaišu jauno galaktiku nekā 60 miljonus gadu vēlāk. Šajā gadījumā lielākā daļa reionizācijas būtu notikusi agrāk nekā pirms 12,88 miljardiem gadu.
Neatkarīgi no tā, kura interpretācija beidzot dominē, atklājums signalizē, ka astronomi tagad izraida gaismu no Visuma “Tumšajiem laikiem”. Šis ir laikmets, kad radās pirmās zvaigžņu un galaktiku paaudzes, un laikmets, ko astronomi līdz šim nav spējuši novērot.
PAMATINFORMĀCIJA:
Agrīnā Visuma arheoloģija, izmantojot īpašus filtrus
Jaundzimušajās galaktikās ir zvaigznes ar plašu masu diapazonu. Smagākām zvaigznēm ir augstāka temperatūra, un tās izstaro ultravioleto starojumu, kas silda un jonizē tuvumā esošo gāzi. Kad gāze atdziest, tā izstaro lieko enerģiju, lai tā varētu atgriezties neitrālā stāvoklī. Šajā procesā ūdeņradis vienmēr izstaros gaismu 121,6 nanometru augstumā, ko sauc par Limana-alfa līniju. Jebkurai galaktikai ar daudzām karstām zvaigznēm vajadzētu spīdēt spilgti šajā viļņa garumā. Ja zvaigznes veidojas uzreiz, tad spožākās zvaigznes varētu radīt Lyman-alfa emisiju no 10 līdz 100 miljoniem gadu.
Lai pētītu tādas galaktikas kā IOK-1, kas pastāv agrīnos Visuma laikos, astronomiem jāmeklē Limana-alfa gaisma, kas, izplešoties Visumam, ir izstiepta un redshifted uz garākiem viļņu garumiem. Tomēr, ja viļņu garums pārsniedz 700 nanometrus, astronomiem ir jārisina priekšplāna emisijas no OH molekulām pašas Zemes atmosfērā, kas traucē vāju emisiju no attāliem objektiem.
Lai noteiktu vāju gaismu no tālām galaktikām, izpētes grupa novēroja viļņu garumos, kur Zemes atmosfēra nemirdz daudz, caur logiem 711, 816 un 921 nanometru augstumā. Šie logi atbilst sarkanajai Limana-alfa emisijai no galaktikām ar attiecīgi sarkano nobīdi 4,8, 5,7 un 6,6. Šie skaitļi norāda, cik daudz mazāks visums tika salīdzināts ar tagadējo, un tie atbilst 1,26 miljardiem gadu, 1,01 miljardiem gadu un 840 miljoniem gadu pēc Lielā sprādziena. Tas ir tāpat kā agrīnā Visuma arheoloģijas veikšana ar noteiktiem filtriem, kas ļauj zinātniekiem ieraudzīt dažādos izrakumu slāņos.
Lai iegūtu savus iespaidīgos jaunos rezultātus, komandai bija jāizstrādā pret gaismu jutīgs filtrs ar tikai aptuveni 973 nanometru viļņu garumu, kas atbilst Limana alfa emisijai ar sarkano nobīdi 7,0. Šis viļņa garums ir robeža mūsdienu CCD, kas zaudē jutību viļņu garumos, kas garāki par 1000 nanometriem. Šis viena veida filtrs ar nosaukumu NB973 izmanto daudzslāņu pārklājuma tehnoloģiju, un tā izstrāde aizņēma vairāk nekā divus gadus. Filtram ne tikai vajadzēja iziet gaismu ar viļņu garumu tikai ap 973 nanometriem, bet tam arī vienmērīgi jāaptver viss teleskopa galvenā fokusa redzamības lauks. Komanda sadarbojās ar uzņēmumu Asahi Spectra Co.Ltd, lai izstrādātu filtra prototipu lietošanai ar Subaru Faint Object Camera un pēc tam šo pieredzi izmantoja, lai izveidotu filtru Suprime-Cam.
Novērojumi
Novērojumi ar NB973 filtru notika 2005. gada pavasarī. Pēc vairāk nekā 15 stundu ekspozīcijas laika iegūtie dati sasniedza ierobežojošu lielumu - 24,9. Šajā attēlā bija 41 533 objekti, bet salīdzinājums ar attēliem, kas uzņemti citos viļņu garumos, parādīja, ka tikai divi no objektiem bija spilgti tikai NB973 attēlā. Komanda secināja, ka tikai šie divi objekti var būt galaktikas ar sarkano nobīdi 7,0. Nākamais solis bija divu objektu, IOK-1 un IOK-2, identitātes apstiprināšana, un komanda tos novēroja, izmantojot blāvu objektu kameru un spektrogrāfu (FOCAS) Subaru teleskopā. Pēc 8,5 stundu ekspozīcijas laika komanda spēja iegūt emisijas līnijas spektru no divu objektu spožākā IOK-1. Tās spektrs parādīja asimetrisku profilu, kas raksturīgs Lyman-alfa emisijai no tālās galaktikas. Emisijas līnijas centrā bija viļņa garums 968,2 nanometri (sarkanais nobīde 6.964), kas atbilst 12,88 miljardu gaismas gadu attālumam un 780 miljonu gadu laikam pēc Lielā sprādziena.
Otrās kandidātu galaktikas identitāte
Trīs novērošanas stundas nedeva pārliecinošus rezultātus, lai noteiktu IOK-2 raksturu. Kopš tā laika pētījumu grupa ir ieguvusi vairāk datu, kas tagad tiek analizēti. Iespējams, ka IOK-2 var būt vēl viena attāla galaktika vai objekts ar mainīgu spilgtumu. Piemēram, galaktika ar supernovu vai melno caurumu, kas aktīvi norij materiālu, kas tikko pamanījās parādīties spilgti novērojumu laikā ar NB973 filtru. (Novērumi citos filtros tika veikti vienu līdz divus gadus agrāk.)
Subaru dziļais lauks
Subaru teleskops ir īpaši labi piemērots visattālāko galaktiku meklēšanai. No visiem 8 līdz 10 metru klases teleskopiem pasaulē tas ir vienīgais, kam ir iespēja uzstādīt kameru galvenā fokusa vietā. Galvenā fokusa teleskopa caurules augšpusē priekšrocība ir plašs redzes lauks. Tā rezultātā Subaru šobrīd dominē vistālāk zināmo galaktiku sarakstā. Daudzi no tiem atrodas debesu reģionā Koma Berenices zvaigznāja virzienā, ko sauc par Subaru dziļo lauku, kuru pētījumu grupa izvēlējās intensīviem pētījumiem daudzos viļņu garumos.
Universa agrīnā vēsture un pirmo galaktiku veidošanās
Lai šo Subaru veikumu iekļautu kontekstā, ir svarīgi pārskatīt to, ko mēs zinām par agrīnā Visuma vēsturi. Visums sākās ar Lielo sprādzienu, kas notika apmēram pirms 13,66 miljardiem gadu ugunīgā haotiskajā galējā temperatūrā un spiedienā. Pirmajās trīs minūtēs zīdaiņa Visums strauji paplašinājās un atdzisa, radot gaismas elementu kodolus, piemēram, ūdeņradi un hēliju, bet ļoti maz smagāku elementu kodolu. 380 000 gadu laikā lietas bija atdzisušas līdz apmēram 3000 grādu temperatūrai. Tajā brīdī elektroni un protoni varēja apvienoties, veidojot neitrālu ūdeņradi.
Ar elektroniem, kas tagad ir saistīti ar atomu kodoliem, gaisma varētu ceļot pa kosmosu, neizklīstot ar elektroniem. Mēs faktiski varam noteikt gaismu, kas toreiz caurstrāvoja Visumu. Tomēr laika un attāluma dēļ tas ir izstiepts ar koeficientu 1000, piepildot Visumu ar starojumu, kuru mēs uztveram kā mikroviļņus (ko sauc par kosmisko mikroviļņu fonu). Kosmosa kuģis Wilkinson mikroviļņu anizotropijas zonde (WMAP) pētīja šo starojumu, un tā dati ļāva astronomiem aprēķināt Visuma vecumu aptuveni 13,66 miljardu gadu laikā. Turklāt šie dati norāda uz tādu lietu kā tumšā matērija un vēl mīklainākās tumšās enerģijas esamību.
Astronomi domā, ka dažu pirmo simtu miljonu gadu laikā pēc Lielā sprādziena Visums turpināja atdzist un ka pirmās zvaigznes un galaktiku paaudze izveidojās matērijas un tumšās matērijas blīvākajos reģionos. Šis periods ir pazīstams kā Visuma “tumšie laiki”. Pagaidām nav tiešu šo notikumu novērojumu, tāpēc astronomi izmanto datoru simulācijas, lai sasaistītu teorētiskās prognozes un esošos novērojumu pierādījumus, lai izprastu pirmo zvaigžņu un galaktiku veidošanos.
Tiklīdz ir dzimušas spožas zvaigznes, to ultravioletais starojums var jonizēt tuvumā esošos ūdeņraža atomus, sadalot tos atpakaļ atsevišķos elektronos un protonos. Kādā brīdī bija pietiekami daudz spožu zvaigžņu, lai jonizētu gandrīz visu Visuma neitrālo ūdeņradi. Šo procesu sauc par Visuma reionizāciju. Reionizācijas laikmets signalizē par Visuma tumšo laikmetu beigām. Mūsdienās lielākā daļa ūdeņraža telpā starp galaktikām ir jonizēti.
Precizējot atjaunošanas laikmetu
Astronomi ir aprēķinājuši, ka reionizācija notika kādreiz no 290 līdz 910 miljoniem gadu pēc Visuma dzimšanas. Reionizācijas laikmeta sākuma un beigu noteikšana ir viens no svarīgiem atspēriena punktiem, lai saprastu, kā attīstās Visums, un tā ir intensīvu pētījumu joma kosmoloģijā un astrofizikā.
Šķiet, ka, skatoties tālāku laiku atpakaļ, galaktikas kļūst arvien retākas. Galaktiku skaits ar sarkano nobīdi 7.0 (kas atbilst apmēram 780 miljonu gadu laikam pēc Lielā sprādziena) šķiet mazāks nekā tas, ko astronomi redz ar sarkano nobīdi 6,6 (kas atbilst laikam, kas ir aptuveni 840 miljoni gadu pēc lielā sprādziena). . Tā kā zināmo galaktiku skaits ar sarkano nobīdi 7.0 joprojām ir mazs (tikai viens!), Ir grūti veikt robustus statistiskus salīdzinājumus. Tomēr ir iespējams, ka galaktiku skaita samazināšanās ar lielāku sarkano nobīdi ir saistīta ar neitrāla ūdeņraža klātbūtni, kas absorbē Limāna-alfa emisiju no galaktikām ar lielāku sarkano nobīdi. Ja papildu pētījumi var apstiprināt, ka līdzīgu galaktiku skaita blīvums samazinās starp sarkano nobīdi no 6.6 līdz 7.0, tas varētu nozīmēt, ka IOK-1 pastāvēja Visuma reionizācijas laikmetā.
Šie rezultāti tiks publicēti 2006. gada 14. septembra izdevumā Nature.
Oriģinālais avots: Subaru ziņu izlaidums
