Кредитний імідж: ESO
Міжнародна команда астрономів використовувала дуже великий телескоп (VLT) Європейської південної обсерваторії, щоб заглянути глибоко в космос і побачити галактики, розташовані на відстані 12,6 мільярда світлових років - ці галактики спостерігаються тоді, коли Всесвіт становила лише 10% від теперішнього віку. Було знайдено небагато галактик цієї старої, і ця нова колекція допомогла астрономам зробити висновок, що вони є частиною космічного Темного століття, коли світлові галактики були рідше - їх було набагато більше лише 500 мільйонів років потому.
Використовуючи дуже великий телескоп ESO (VLT), два астрономи з Німеччини та Великобританії [2] виявили деякі найвіддаленіші галактики, які коли-небудь бачили. Вони розташовані приблизно в 12 600 мільйонів світлових років.
Світло, яке зараз зафіксовано VLT, пройшло через дев'яту десяту частину віку Всесвіту, щоб пройти цю величезну відстань. Тому ми спостерігаємо ці галактики такими, якими вони були в той час, коли Всесвіт була дуже молодою, менше ніж приблизно 10% від її теперішнього віку. У цей час Всесвіт виходила з тривалого періоду, відомого як "Темні століття", вступаючи у світну епоху "Космічного Відродження".
На відміну від попередніх досліджень, які призвели до відкриття кількох широко розповсюджених галактик в цю ранню епоху, в цьому дослідженні було виявлено щонайменше шість віддалених громадян у межах невеликого неба, менше ніж на п’ять відсотків розміру повного Місяця! Це дозволило зрозуміти еволюцію цих галактик і те, як вони впливають на стан Всесвіту в молодості.
Зокрема, астрономи роблять висновок на основі своїх унікальних даних про те, що у Всесвіті на цій ранній стадії було значно менше, ніж на 500 мільйонів років пізніше.
Тому в області космосу, яку вони вивчали, повинно бути багато менш світних галактик, занадто слабких, щоб їх можна було виявити в цьому дослідженні. Це повинні бути ті, що досі невідомі галактики, які випромінюють більшість енергетичних фотонів, необхідних для іонізації водню у Всесвіті в ту особливу епоху.
Від Великого вибуху до Космічного Відродження
У наш час Всесвіт пронизаний енергійним ультрафіолетовим випромінюванням, виробленим квазарами та гарячими зірками. Фотони короткої хвилі вивільняють електрони з атомів водню, що складають дифузне міжгалактичне середовище, і тому він майже повністю іонізований. Однак в історії Всесвіту була рання епоха, коли це було не так.
Всесвіт походить від гарячого і надзвичайно щільного початкового стану, так званого Великого вибуху. Зараз астрономи вважають, що це відбулося близько 13 700 мільйонів років тому.
Протягом перших кількох хвилин вироблялися величезні кількості протонів, нейтронів та електронів. Всесвіт був настільки гарячим, що протони та електрони вільно плавали: Всесвіт був повністю іонізований.
Через приблизно 100 000 років Всесвіт охолола до кількох тисяч градусів, і ядра та електрони тепер об'єдналися, утворюючи атоми. Космологи називають цей момент "епохою рекомбінації". Мікрохвильове фонове випромінювання, яке ми спостерігаємо зараз з усіх напрямків, зображує стан великої рівномірності у Всесвіті в ту далеку епоху.
Однак це був і час, коли Всесвіт занурився у темряву. З одного боку, реліктове випромінювання від споконвічної вогняної кулі було розтягнуто космічним розширенням на більш довгі хвилі і, отже, більше не могло іонізувати водень. Навпаки, він опинився в пастці щойно утворених атомів водню. З іншого боку, ще не було сформовано ні зірок, ні квазарів, які могли б освітлити величезний простір. Тому ця похмура епоха досить розумно називається «темними віками». Спостереження ще не змогли проникнути в цей віддалений вік - наші знання все ще є рудиментарними і все ґрунтується на теоретичних розрахунках.
Через кілька сотень мільйонів років, або, принаймні так вважають астрономи, з величезних газових хмар, що рухалися разом, утворилися кілька найперших масивних об'єктів. Перше покоління зірок і, трохи пізніше, перші галактики і квазари, виробляли інтенсивне ультрафіолетове випромінювання. Однак це випромінювання не могло подорожувати дуже далеко, оскільки воно було б негайно поглинене атомами водню, які знову були іонізовані в цьому процесі.
Таким чином, міжгалактичний газ знову став іонізованим у постійно зростаючих сферах навколо іонізуючих джерел. У якийсь момент ці сфери стали настільки великими, що повністю перекрилися: туман над Всесвітом піднявся!
Це було кінцем Темних століть, і термін, знову перейнятий з людської історії, іноді називають «Космічним Відродженням». Характеризуючи найзначнішу особливість цього періоду, астрономи також називають його "епохою реіонізації".
Пошук найбільш віддалених галактик з VLT
Щоб кинути трохи світла на стан Всесвіту наприкінці Темних століть, необхідно виявити і вивчити надзвичайно далекі (тобто високі червоні зрушення [2]) галактики. Можуть бути використані різні методи спостереження - наприклад, віддалені галактики були знайдені за допомогою вузькосмугових зображень (наприклад, ESO PR 12/03), шляхом використання зображень, які були гравітаційно розширені масивними скупченнями, а також безперервно.
Меттью Ленерт з МДП в Гарчінгу, Німеччина, і Малкольм Бремер з Брістольського університету, Великобританія, застосували спеціальну методику, яка використовує перевагу зміни спостережуваних кольорів далекої галактики, що викликається поглинанням в інтергалактичному середовищі. Галактики на червоних змінах від 4,8 до 5,8 [2] можна знайти, шукаючи галактики, які виявляються порівняно яскравими в червоному оптичному світлі і слабкі або невизначені в зеленому світлі. Такі "розриви" у розподілі світла на окремих галактиках дають вагомі докази того, що галактика може бути розташована на високому червоному зміщенні, і що її світло почалося в довгому шляху до нас, лише через 1000 мільйонів років після Великого вибуху.
Для цього вони вперше використали багатомодовий інструмент FORS2 на 8,2-метровому телескопі VLT YEPUN, щоб зробити надзвичайно «глибокі» знімки через три оптичні фільтри (зелений, червоний та дуже червоний) невеликої області неба (40 квадратних аркм. або приблизно 5 відсотків розміру повного місяця). Ці зображення виявили близько 20 галактик з великими розривами між зеленим та червоним фільтрами, що дозволяє припустити, що вони були розташовані на високому червоному зміщенні. Потім спектри цих галактик були отримані тим самим інструментом, щоб виміряти їх справжні червоні зміни.
"Ключовим фактором для успіху цих спостережень стало використання чудового нового червоного покращеного детектора, доступного на FORS2", - каже Малкольм Бремер.
Спектри вказували, що шість галактик розташовані на відстанях, що відповідають красним зміщенням між 4,8 і 5,8; інші галактики були ближче. Дивно, і на радість астрономів, одна лінія викидів була помічена в іншій слабкій галактиці, яку спостерігали випадково (вона трапилася в одній з щілин FORS2), яка, можливо, може бути розташована ще далі, на червоному зміні 6.6. Якщо це буде підтверджено подальшими більш детальними спостереженнями, ця галактика була б претендентом на золоту медаль як найвіддаленішу з відомих!
Найдавніші відомі галактики
Спектри показали, що ці галактики активно утворюють зірки і, ймовірно, не старші 100 мільйонів років, можливо, навіть молодші. Однак їх кількість і спостережувана яскравість свідчать про те, що світяться галактики на цих червоних змінах є меншими і менш світлими, ніж аналогічно вибрані галактики, наближені до нас.
"Наші результати показують, що комбінованого ультрафіолетового світла з виявлених галактик недостатньо для повного іонізації навколишнього газу", - пояснює Малком Бремер. «Це приводить нас до висновку, що в області космосу, яку ми вивчали, має бути набагато більше менших і менш світиться галактик, занадто слабких, щоб їх можна було виявити таким чином. Ось саме ці досі невидимі галактики випромінюють більшість енергетичних фотонів, необхідних для іонізації водню у Всесвіті ».
«Наступним кроком буде використання VLT для пошуку більше і слабших галактик на ще більших червоних змінах», - додає Метью Ленерт. "З більшим зразком таких віддалених об'єктів ми зможемо отримати розуміння їх природи та зміни їх щільності на небі".
Британська прем’єра
Представлені тут спостереження є одними з перших головних відкриттів британських вчених після того, як Великобританія стала членом ESO в липні 2002 р. Річард Уейд з Ради досліджень фізики і астрономії частинок (PPARC), яка фінансує передплату Великобританії на ESO, дуже задоволений : «Приєднавшись до Європейської південної обсерваторії, британським астрономам було надано доступ до провідних світових споруд, таких як VLT. Ці захоплюючі нові результати, про які я впевнений, що їх чекає ще багато, ілюструють те, як британські астрономи роблять внесок у передові відкриття ».
Більше інформації
Результати, описані в цій прес-релізі, незабаром з'являться в науково-дослідному журналі Astrophysical Journal ("Світлові галактики Лаймана Лімана при z> 5 та джерело реабілітації" М. Д. Ленерта та М. Бремера). Він доступний в електронному вигляді як astro-ph / 0212431.
Примітки
[1]: Це скоординований прес-реліз ESO / PPARC. Версію PPARC випуску можна знайти тут.
[2]: Цю роботу провели Малькольм Бремер (Брістольський університет, Сполучене Королівство) та Метью Ленерт (Макс-Планк-Інститут Екстратер’єр Фізик, Гарчінг, Німеччина).
[3]: вимірювані червоні зрушення галактик у глибинному полі Бремера рівні z = 4,8-5,8, з одним несподіваним (і дивовижним) червоним зміщенням 6,6. В астрономії червоним зміщенням позначається частка, за допомогою якої лінії в спектрі об'єкта зміщуються в бік більшої довжини хвилі. Спостережуване червоне зміщення віддаленої галактики забезпечує оцінку її відстані. Відстані, зазначені в цьому тексті, ґрунтуються на віці Всесвіту 13,7 мільярдів років. При зазначеному червоному зміщенні ліман-альфа-лінія атомного водню (довжина хвилі спокою 121,6 нм) спостерігається при 680 до 920 нм, тобто в червоній спектральній області.
Оригінальне джерело: Новини ESO
