Attēla kredīts: ESO
Starptautiska astronomu komanda ir izmantojusi Eiropas Dienvidu observatorijas ļoti lielo teleskopu (VLT), lai ieskatītos dziļi kosmosā un redzētu galaktikas, kas atrodas 12,6 miljardu gaismas gadu attālumā - šīs galaktikas tiek novērotas, kad Visums bija tikai 10% no tā pašreizējā vecuma. Ir atrastas tikai nedaudzas šīs vecās galaktikas, un šī jaunā kolekcija astronomiem ir palīdzējusi secināt, ka tie ietilpst kosmiskajā Tumšajā laikmetā, kad gaismas galaktikas bija retākas - tikai 500 miljonus gadu vēlāk to bija daudz vairāk.
Izmantojot ESO ļoti lielo teleskopu (VLT), divi astronomi no Vācijas un Lielbritānijas [2] ir atklājuši dažas no vistālākajām galaktikām, kādas jebkad redzētas. Tie atrodas aptuveni 12 600 miljonu gaismas gadu attālumā.
Ir pagājis apgaismojums, ko tagad VLT ir ierakstījis apmēram deviņas desmitdaļas no Visuma vecuma, lai nobrauktu šo milzīgo attālumu. Tāpēc mēs novērojam šīs galaktikas tādas, kādas tās bija laikā, kad Visums bija ļoti jauns, mazāk nekā apmēram 10% no tā pašreizējā vecuma. Šajā laikā Visums bija izveidojies no ilga perioda, kas pazīstams kā “Tumšie laiki”, nonākot spožajā “Kosmiskās Renesanses” laikmetā.
Atšķirībā no iepriekšējiem pētījumiem, kuru rezultātā šajā agrā laikmetā tika atklātas dažas plaši izkliedētas galaktikas, šis pētījums atrada vismaz sešus attālus pilsoņus nelielā debesu apgabalā, kas ir mazāks par pieciem procentiem pilnmēness! Tas ļāva saprast šo galaktiku attīstību un to, kā tās ietekmē Visuma stāvokli tā jaunībā.
Īpaši astronomi, pamatojoties uz viņu unikālajiem datiem, secina, ka Visumā šajā agrīnajā stadijā bija ievērojami mazāk gaismas galaktiku nekā 500 miljonus gadu vēlāk.
Tāpēc to pētītajā kosmosa reģionā ir jābūt daudz mazāk gaišām galaktikām, kas ir pārāk vāji, lai to varētu atklāt šajā pētījumā. Tām, vēl neidentificētām galaktikām, ir jāizstaro lielākā daļa enerģētisko fotonu, kas nepieciešami ūdeņraža jonizēšanai Visumā tajā īpaši laikmetā.
No lielā sprādziena līdz kosmiskajai renesansei
Mūsdienās Visumu caurstrāvo enerģētiskais ultravioletais starojums, ko rada kvazāri un karstās zvaigznes. Īsviļņu fotoni atbrīvo elektronus no ūdeņraža atomiem, kas veido difūzo starpgalaktisko vidi, un tāpēc pēdējais ir gandrīz pilnībā jonizēts. Tomēr Visuma vēsturē bija vērojams agrs laikmets, kad tas tā nebija.
Visumu radīja karsts un ārkārtīgi blīvs sākotnējais stāvoklis, tā sauktais Lielais sprādziens. Tagad astronomi uzskata, ka tas notika apmēram pirms 13 700 miljoniem gadu.
Pirmajās minūtēs tika saražots milzīgs daudzums protonu, neitronu un elektronu. Visums bija tik karsts, ka protoni un elektroni brīvi peldēja: Visums bija pilnībā jonizēts.
Pēc apmēram 100 000 gadu Visums bija atdzisis līdz dažiem tūkstošiem grādu, un kodoli un elektroni tagad tika apvienoti, veidojot atomus. Kosmologi šo brīdi dēvē par “rekombinācijas laikmetu”. Mikroviļņu fona starojums, kuru mēs tagad novērojam no visiem virzieniem, attēlo lielas vienveidības stāvokli Visumā tajā tālajā laikmetā.
Tomēr šis bija arī laiks, kad Visums ienāca tumsā. Vienā pusē pirmatnējā ugunsbumba relikto starojumu bija izstiepusi ar kosmisko izplešanos uz garāku viļņu garumu, un tāpēc tā vairs nespēja jonizēt ūdeņradi. Gluži pretēji, to ieslodzīja tikko izveidojušies ūdeņraža atomi. No otras puses, vēl nebija izveidotas zvaigznes vai kvazāri, kas varētu apgaismot plašo telpu. Tāpēc šo drūmo laikmetu diezgan pamatoti dēvē par “tumšajiem laikiem”. Novērojumi vēl nav spējuši iekļūt šajā attālajā laikmetā - mūsu zināšanas joprojām ir rudimentāras, un to visu pamatā ir teorētiski aprēķini.
Pēc dažiem simtiem miljonu gadu vai vismaz tā uzskata astronomi, daži milzīgi priekšmeti bija izveidojušies no milzīgajiem gāzes mākoņiem, kas bija pārvietojušies kopā. Pirmās zvaigžņu paaudzes un nedaudz vēlāk arī pirmās galaktikas un kvazāri radīja intensīvu ultravioleto starojumu. Šis starojums tomēr nevarēja nokļūt ļoti tālu, jo to nekavējoties absorbēs ūdeņraža atomi, kas atkal tika jonizēti šajā procesā.
Tādējādi starpgalaktiskā gāze atkal jonizējās stabili augošās sfērās ap jonizējošajiem avotiem. Kādā brīdī šīs sfēras bija kļuvušas tik lielas, ka pilnībā pārklājās: migla pār Visumu bija pacēlusies!
Tas bija tumšo laikmetu beigas, un ar terminu, kas atkal pārņemts no cilvēces vēstures, dažreiz tiek saukts par “kosmisko renesansi”. Aprakstot šī perioda nozīmīgāko iezīmi, astronomi to sauc arī par “reionizācijas laikmetu”.
Tālāko galaktiku atrašana, izmantojot VLT
Lai nedaudz atspoguļotu Visuma stāvokli tumšo laikmetu beigās, ir nepieciešams atklāt un izpētīt ārkārtīgi tālu (t.i., ar augstu sarkano nobīdi [2]) saistītās galaktikas. Var izmantot dažādas novērošanas metodes - piemēram, attālās galaktikas ir atrastas, izmantojot šaurjoslas attēlveidošanu (piemēram, ESO PR 12/03), izmantojot attēlus, kurus gravitācijas ziņā ir uzlabojuši masīvi kopas, kā arī serendipitically.
Metjū Lehnerts no MPE Garchingā, Vācijā, un Malkolms Brēmers no Bristoles universitātes, Lielbritānijā, izmantoja īpašu paņēmienu, kas izmanto attālās galaktikas novēroto krāsu izmaiņas, ko izraisa absorbcija starpgalaktiskajā vidē. Galaktikas sarkanā maiņā no 4,8 līdz 5,8 [2] var atrast, meklējot galaktikas, kuras sarkanā optiskajā gaismā izskatās salīdzinoši spilgtas un kuras zaļā gaismā ir vāji vai neatklātas. Šādi “pārtraukumi” atsevišķu galaktiku gaismas izplatībā sniedz pārliecinošu pierādījumu tam, ka galaktika varētu atrasties lielā sarkanā maiņā un ka tās gaisma sākās tālajā ceļojumā pret mums, tikai kādus 1000 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena.
Šim nolūkam viņi vispirms 8,2 m VLT YEPUN teleskopā izmantoja daudzfunkciju instrumentu FORS2, lai uzņemtu ārkārtīgi “dziļus” attēlus caur trīs optiskiem filtriem (zaļš, sarkans un ļoti sarkans) nelielā debesu platībā (40 kvadrātmetru loka) , jeb aptuveni par 5 procentiem pilnmēness lieluma). Šie attēli atklāja apmēram 20 galaktikas ar lieliem pārtraukumiem starp zaļo un sarkano filtru, kas liek domāt, ka tās atradās lielā sarkanā nobīde. Pēc tam ar to pašu instrumentu tika iegūti šo galaktiku spektri, lai izmērītu to patieso sarkano nobīdi.
"Šo novērojumu panākumu atslēga bija lieliskā jaunā sarkanā krāsā uzlabotā detektora izmantošana, kas pieejama FORS2," saka Malkolms Brēmers.
Spektri norādīja, ka sešas galaktikas atrodas attālumā, kas atbilst sarkano krāsu nobīdei starp 4,8 un 5,8; citas galaktikas bija tuvāk. Pārsteidzoši, un astronomu priekam, ka viena emisijas līnija bija redzama citā vājajā galaktikā, kas tika novērota nejauši (tā notika, ka tā atradās vienā no FORS2 saīsinājumiem), kas, iespējams, atrodas vēl tālāk, pie sarkanā nobīdes. 6.6. Ja to apstiprinās turpmāki sīkāki novērojumi, šī galaktika būtu sāncensis zelta medaļai kā vistālāk zināmajai!
Agrākās zināmās galaktikas
Spektri atklāja, ka šīs galaktikas aktīvi veido zvaigznes un, iespējams, nav vecākas par 100 miljoniem gadu, varbūt pat jaunākas. Tomēr to skaits un novērotais spilgtums liek domāt, ka spīdošās galaktikas šajos sarkano krāsu maiņās ir mazāk un mazāk gaismas nekā līdzīgi izvēlētas galaktikas, kas atrodas tuvāk mums.
"Mūsu atklājumi rāda, ka atklāto galaktiku apvienotā ultravioletā gaisma nav pietiekama, lai pilnībā jonizētu apkārtējo gāzi," skaidro Malcom Brēmers. “Tas liek secināt, ka mūsu pētītajā kosmosa reģionā ir jābūt daudz vairāk mazām un mazāk gaismas galaktikām, kas ir pārāk vāji, lai šādā veidā tiktu atklāti. Tieši šīm joprojām neredzētajām galaktikām jāizstaro lielākā daļa enerģētisko fotonu, kas nepieciešami ūdeņraža jonizēšanai Visumā. ”
“Nākamais solis būs izmantot VLT, lai atrastu vairāk un gaišākas galaktikas vēl lielākos sarkanos maiņās,” piebilst Metjū Lehnerts. "Izmantojot lielāku attālinātu priekšmetu paraugu, mēs varam iegūt ieskatu to dabā un to blīvuma izmaiņās debesīs."
Lielbritānijas pirmizrāde
Šeit sniegtie novērojumi ir vieni no pirmajiem lielajiem britu zinātnieku atklājumiem kopš Apvienotās Karalistes kļūšanas par ESO 2002. gada jūlijā. Richard Wade no Daļiņu fizikas un astronomijas pētījumu padomes (PPARC), kas finansē Lielbritānijas parakstīšanos uz ESO, ir ļoti gandarīts : “Pievienojoties Eiropas Dienvidu observatorijai, Lielbritānijas astronomiem ir piešķirta pieeja pasaules vadošajām iekārtām, piemēram, VLT. Šie aizraujošie jaunie rezultāti, no kuriem, es esmu pārliecināts, ka būs vēl daudz, parādīs, kā Lielbritānijas astronomi sniedz ieguldījumu progresīvāko atklājumu radīšanā. ”
Vairāk informācijas
Rezultāti, kas aprakstīti šajā paziņojumā presei, drīz parādīsies pētījumu žurnālā Astrophysical Journal (M. D. Lehnerta un M. Brēmera “Luminous Lyman Break Galaxies at z> 5 and Reionization Source”). Tas ir pieejams elektroniski kā astro-ph / 0212431.
Piezīmes
[1]: Šis ir saskaņots ESO / PPARC paziņojums presei. Izlaiduma PPARC versiju var atrast šeit.
[2]: Šo darbu veica Malkolms Brēmers (Bristoles Universitāte, Apvienotā Karaliste) un Metjū Lehnerts (Maks Planka institūts Extraterrestrische Physik, Garching, Vācija).
[3]: Izmērītie galaktiku sarkanie nobīdes Brēmera dziļajā laukā ir z = 4,8–5,8, ar vienu negaidītu (un pārsteidzošu) sarkano nobīdi 6,6. Astronomijā sarkanais nobīde apzīmē frakciju, par kuru līnijas objekta spektrā tiek pārvietotas uz garāku viļņu garumu. Novērotās attālās galaktikas sarkanā nobīde nodrošina tā attāluma novērtējumu. Šajā tekstā norādītie attālumi balstās uz Visuma vecumu 13,7 miljardi gadu. Norādītajā sarkanajā nobīdē atomu ūdeņraža Limāna-alfa līnija (atpūtas viļņa garums ir 121,6 nm) tiek novērota pie 680 līdz 920 nm, t.i., sarkanā spektrālā apgabalā.
Oriģinālais avots: ESO ziņu izlaidums
