Кредитний імідж: ESO
Хоча в даний час Всесвіт - це бежевий колір, але раніше він був синішим, як стверджують астрономи з Європейської південної обсерваторії. Астрономи розробили відстань і забарвлення до 300 галактик, які містилися в ході дослідження Hubble Deep Sky, яке глибоко оглянуло область неба в південному сузір'ї Тускане.
Міжнародна команда астрономів [1] визначила колір Всесвіту, коли він був зовсім молодим. У той час як Всесвіт зараз є бежевим, він був набагато синішим у далекому минулому, у той час, коли йому було лише 2500 мільйонів років.
Це результат обширного і ретельного аналізу більш ніж 300 галактик, виявлених в межах невеликого південного неба, так званого «Хаббл-глибокого поля на південь». Головною метою цього розширеного дослідження було зрозуміти, як зоряний вміст Всесвіту збирається та змінюється з часом.
Голландський астроном Марійн Франкс, член команди з Обсерваторії Лейден (Нідерланди), пояснює: «Синій колір раннього Всесвіту обумовлений переважно синім світлом молодих зірок у галактиках. Червоніший колір космічного журналу обумовлений порівняно більшою кількістю старих, червоніших зірок ».
Керівник групи, Григорій Рудник з Інституту астрофізики Макса-Планка (Гарчінг, Німеччина) додає: "Оскільки загальна кількість світла у Всесвіті в минулому була приблизно такою ж, як сьогодні, і молода синя зірка випромінює набагато більше світло, ніж стара червона зірка, у молодому Всесвіті повинно було бути значно менше зірок, ніж зараз. Наші нові висновки означають, що більшість зірок у Всесвіті були сформовані порівняно пізно, не задовго до того, як народилося наше Сонце, в момент, коли Всесвіту було близько 7000 мільйонів років. "
Ці нові результати ґрунтуються на унікальних даних, зібраних протягом понад 100 годин спостережень за багатомодовим інструментом ISAAC на дуже великому телескопі ESO, як частина великого дослідницького проекту, слабкого інфрачервоного позагалактичного обстеження (FIRES). Відстані до галактик оцінювали по їх яскравості в різних оптичних діапазонах довгих хвиль ближньої інфрачервоної хвилі.
Спостереження за раннім Всесвітом
Зараз добре відомо, що Сонце утворилося близько 4,5 мільярдів років тому. Але коли утворилася більшість інших зірок у нашій домашній Галактиці? А як щодо зірок в інших галактиках? Це кілька ключових питань сучасної астрономії, але на них можна відповісти лише за допомогою спостережень з найбільшими телескопами у світі.
Один із способів вирішення цих питань - це спостереження за зовсім юним Всесвітом безпосередньо - оглядаючись назад у часі. Для цього астрономи користуються тим, що світло, що випромінюється дуже віддаленими галактиками, проходить багато часу, перш ніж дійти до нас. Таким чином, коли астрономи дивляться на такі віддалені об’єкти, вони бачать їх такими, як вони з’явилися давно.
Однак ці віддалені галактики надзвичайно слабкі, і тому ці спостереження є технічно складними. Іншим ускладненням є те, що внаслідок розширення Всесвіту світло від цих галактик переміщується у бік довших хвиль [2], поза діапазоном оптичної довжини хвилі та в інфрачервону область.
Для того, щоб детально вивчити ці ранні галактики, астрономи повинні використовувати найбільші наземні телескопи, збираючи їх слабке світло під час дуже довгих опромінень. Крім того, вони повинні використовувати інфрачервоні чутливі детектори.
Телескопи як гігантські очі
"Глубоке поле Хаббла на півдні (HDF-S)" - це дуже мала частина неба в південному сузір'ї Тукана ("Тукан"). Він був обраний для дуже детальних досліджень з космічним телескопом Хаббл (HST) та іншими потужними телескопами. Оптичні зображення цього поля, отримані HST, представляють загальний час експозиції 140 годин. Багато наземних телескопів також отримали зображення та спектри об’єктів у цій зоні неба, зокрема телескопи ESO в Чилі.
Площа неба 2,5 х 2,5 аркм22 у напрямку HDF-S спостерігалася в рамках ретельного дослідження (слабкий інфрачервоний екстрагалактичний огляд; FIRES, див. ESO PR 23/02). Він трохи більший за поле, охоплене камерою WFPC2 на HST, але все ж у 100 разів менший за площу, що підпадає під повний місяць.
Всякий раз, коли це поле було видно з Паранальної обсерваторії ESO і атмосферні умови були оптимальними, астрономи ESO вказували 8,2-метровий телескоп VLT ANTU у цьому напрямку, роблячи ближчі інфрачервоні зображення із багатомодовим інструментом ISAAC. Загалом за цим полем спостерігали більше 100 годин, і отримані зображення (див. ESO PR 23/02) - це найглибші наземні погляди у ближній інфрачервоній смузі Js- та H. Зображення Ks-діапазону - це найглибше, що коли-небудь отримане з будь-якого небесного поля в цій спектральній смузі - з землі або з космосу.
Ці унікальні дані забезпечують винятковий вигляд і тепер дозволили безпрецедентні дослідження популяції галактик у молодому Всесвіті. Дійсно, завдяки винятковим умовам бачення в Paranal, дані, отримані за допомогою VLT, мають чудову чіткість зображення («бачення» 0,48 арксек.) І можуть поєднуватися з оптичними даними HST майже без втрати якості.
Біліший колір
Астрономи змогли однозначно виявити на цих зображеннях близько 300 галактик. Для кожного з них вони вимірювали відстань шляхом визначення червоного зміщення [2]. Це було зроблено за допомогою недавно вдосконаленого методу, який ґрунтується на порівнянні яскравості кожного об'єкта у всіх окремих спектральних смугах із набором довколишніх галактик.
Таким чином, галактики були знайдені в полі з червоними зміщеннями до z = 3,2, що відповідає відстаням близько 11 500 мільйонів світлових років. Іншими словами, астрономи бачили світло цих дуже віддалених галактик таким, яким вони були, коли Всесвіту було лише близько 2,2 мільярда років.
Далі астрономи визначили кількість світла, випромінюваного кожною галактикою, таким чином, щоб ефекти червоного зміщення були «зняті». Тобто вони вимірювали кількість світла при різних довжинах хвиль (кольорах), як це було б зафіксовано спостерігачем поблизу цієї галактики. Це, звичайно, стосується лише світла від зірок, не сильно затемнених пилом.
Підсумовуючи світло, випромінюваний різною довжиною хвилі всіма галактиками в дану космічну епоху, астрономи могли потім також визначити середній колір Всесвіту («космічний колір») у ту епоху. Більше того, вони змогли виміряти, як цей колір змінився, коли Всесвіт старіла.
Вони роблять висновок, що космічне забарвлення з часом стає все червонішим. Зокрема, це було набагато синішим у минулому; зараз, у віці майже 14 000 мільйонів років, Всесвіт має своєрідний бежевий колір.
Коли утворилися зірки?
Зміна космічного кольору з часом може бути цікавою саме по собі, але це також важливий інструмент для визначення того, як швидко зібралися зірки у Всесвіті.
Дійсно, хоча утворення зірок в окремих галактиках може мати складні історії, іноді перетворюючись на справжні «зіркові сплески», нові спостереження - тепер засновані на багатьох галактиках - показують, що «середня історія» зоряного утворення у Всесвіті є набагато простіше. Це видно із спостережуваної плавної зміни космічного кольору, коли Всесвіт старішала.
Використовуючи космічне забарвлення, астрономи також змогли визначити, як середній вік відносно неприкритих зірок у Всесвіті змінювався з часом. Оскільки в минулому Всесвіт був набагато синішим, ніж зараз, вони дійшли висновку, що Всесвіт не виробляє стільки синіх (високої маси, короткотривалих) зірок, як раніше, в той же час червоних (низька маса , довгоживучі) зірки з попередніх поколінь зіркоутворення все ще присутні. Блакитні, масивні зірки вмирають швидше, ніж червоні, низькомасові, і тому у міру збільшення віку групи зірок сині короткотривалі зірки вмирають, а середній колір групи стає червонішим. Так зробила і Всесвіт у цілому.
Така поведінка має деяку схожість із тенденцією старіння в сучасних західних країнах, де народжується менше дітей, ніж у минулому, і люди живуть довше, ніж у минулому, із загальним ефектом, що середній вік населення збільшується.
Астрономи визначили, скільки зірок вже утворилося, коли Всесвіту було лише близько 3000 мільйонів років. Молоді зірки (синього кольору) випромінюють більше світла, ніж старші (червоніші) зірки. Однак, оскільки в молодому Всесвіті було приблизно стільки ж світла, скільки є сьогодні - хоча галактики зараз набагато червоніші - це означає, що в ранньому Всесвіті було менше зірок, ніж сьогодні. Нинішнє дослідження свідчить про те, що на той час зірок було в десять разів менше, ніж зараз.
Нарешті, астрономи виявили, що приблизно половина зірок у спостережуваних галактиках утворилася після того часу, коли Всесвіт була приблизно наполовину старшою (7000 мільйонів років після Великого вибуху), як сьогодні (14 000 мільйонів років).
Хоча цей результат був отриманий в результаті дослідження дуже маленького небесного поля і, отже, не може бути повністю репрезентативним для Всесвіту в цілому, показано, що даний результат має місце в інших небесних полях.
Оригінальне джерело: Новини ESO
