Кредит за изображение: ESO
Международен екип от астрономи използва много големия телескоп (VLT) на Европейската южна обсерватория, за да погледне дълбоко в космоса и да види галактики, разположени на 12,6 милиарда светлинни години - тези галактики се виждат, когато Вселената е била едва 10% от сегашната си възраст. Малко галактики са били открити тази стара и тази нова колекция е помогнала на астрономите да заключат, че те са част от космическата тъмна епоха, когато светещите галактики са били по-редки - имаше много повече само 500 милиона години по-късно.
Използвайки ESO Много голям телескоп (VLT), двама астрономи от Германия и Великобритания [2] откриха някои от най-далечните галактики, виждани някога. Те са разположени на около 12 600 милиона светлинни години.
Това е отнело светлината, регистрирана от VLT около девет десети от епохата на Вселената, за да измине това огромно разстояние. Следователно наблюдаваме онези галактики такива, каквито са били във време, когато Вселената е била много млада, по-малко от около 10% от сегашната си епоха. По това време Вселената се очертава от дълъг период, известен като „Тъмните векове“, навлизайки в светещата епоха „Космически Ренесанс“.
За разлика от предишни проучвания, които доведоха до откриването на няколко, широко разпръснати галактики в тази ранна епоха, настоящото проучване откри най-малко шест отдалечени граждани в малка небесна зона, по-малко от пет процента от размера на пълната луна! Това позволи да се разбере еволюцията на тези галактики и как те влияят върху състоянието на Вселената в нейната младост.
По-специално, астрономите заключават въз основа на своите уникални данни, че във Вселената на този ранен етап е имало значително по-малко светещи галактики, отколкото 500 милиона години по-късно.
Следователно трябва да има много по-малко светещи галактики в района на космоса, който са изследвали, твърде слаби, за да бъдат открити в това проучване. Трябва да са онези все още неидентифицирани галактики, които излъчват по-голямата част от енергийните фотони, необходими за йонизиране на водорода във Вселената в онази особено епоха.
От Големия взрив до Космическия Ренесанс
В наши дни Вселената е проникната от енергийна ултравиолетова радиация, произведена от квазари и горещи звезди. Фотоните с къса вълна освобождават електрони от водородните атоми, които изграждат дифузната междугалактична среда и следователно последният е почти напълно йонизиран. Имаше обаче една ранна епоха в историята на Вселената, когато това не беше така.
Вселената се излъчва от горещо и изключително плътно начално състояние, така наречения Голям взрив. Сега астрономите смятат, че това се е случило преди около 13 700 милиона години.
През първите няколко минути бяха произведени огромни количества протони, неутрони и електрони. Вселената беше толкова гореща, че протоните и електроните плаваха свободно: Вселената беше напълно йонизирана.
След около 100 000 години Вселената се е охладила до няколко хиляди градуса, а ядрата и електроните вече са комбинирани, за да образуват атоми. Космолозите наричат този момент като "епоха на рекомбинацията". Микровълновото фоново лъчение, което наблюдаваме сега от всички посоки, изобразява състоянието на голяма еднородност във Вселената в онази далечна епоха.
Това обаче беше и времето, когато Вселената потъна в тъмнина. От едната страна, реликтовото излъчване от първичната огнена топка се е разтягало от космическото разширение към по-големи дължини на вълната и следователно вече не е в състояние да йонизира водорода. Напротив, той беше хванат от току-що образуваните водородни атоми. От другата страна все още не са се образували звезди или квазари, които да осветяват огромното пространство. Следователно тази мрачна епоха е доста обосновано наречена „тъмните векове“. Наблюденията все още не са успели да проникнат в тази отдалечена епоха - нашите знания все още са рудиментарни и всичко се основава на теоретични изчисления.
Няколко сто милиона години по-късно, или поне така вярват астрономите, някои много първи масивни предмети се бяха образували от огромните облаци газ, които се движеха заедно. Първото поколение звезди и малко по-късно, първите галактики и квазари, произвеждат интензивно ултравиолетово лъчение. Тази радиация обаче не може да пътува много далеч, тъй като веднага би била погълната от водородните атоми, които отново се йонизират в този процес.
По този начин интергалактичният газ отново се йонизира в постоянно растящи сфери около йонизиращите източници. В един момент тези сфери станаха толкова големи, че се припокриха напълно: мъглата над Вселената се беше вдигнала!
Това беше краят на Тъмните векове и с термин, отново поет от човешката история, понякога е наричан „Космически Ренесанс“. Описвайки най-важната характеристика на този период, астрономите го наричат още „епохата на реонизация“.
Намиране на най-отдалечените галактики с VLT
За да хвърлите малко светлина върху състоянието на Вселената в края на тъмните векове, е необходимо да откриете и изучите изключително далечни (т.е. високочервено изместване [2]) галактики. Могат да се използват различни методи за наблюдение - например, отдалечени галактики са открити с помощта на теснолентови изображения (напр. ESO PR 12/03), чрез използване на изображения, които са гравитационно засилени от масивни клъстери, а също така и безпроблемно.
Матю Ленерт от MPE в Garching, Германия, и Малкълм Бремер от Университета в Бристол, Обединеното кралство, използваха специална техника, която се възползва от промяната на наблюдаваните цветове на далечна галактика, причинена от абсорбцията в интервенционалната междугалактична среда. Галактиките при червени смени от 4,8 до 5,8 [2] могат да бъдат намерени, като се търсят галактики, които изглеждат сравнително ярки в червена оптична светлина и които са слаби или незабелязани на зелена светлина. Подобни „прекъсвания“ в разпределението на светлината на отделните галактики дават силно доказателство, че галактиката може да бъде разположена на високо червено изместване и че светлината й е започнала в дългия си път към нас, само около 1000 милиона години след Големия взрив.
За целта те първо използваха многомодовия инструмент FORS2 на 8,2-метровия телескоп VLT YEPUN, за да направят изключително „дълбоки“ снимки през три оптични филтъра (зелен, червен и много червен) на малка небесна площ (40 квадратни дъги или приблизително 5 процента от размера на пълнолунието). Тези изображения разкриха около 20 галактики с големи пробиви между зеления и червения филтър, което предполага, че те са разположени на високо червено изместване. След това спектрите на тези галактики бяха получени със същия инструмент, за да се измери тяхното истинско червено изместване.
„Ключът към успеха на тези наблюдения беше използването на страхотния нов детектор, подобрен в червено, наличен на FORS2“, казва Малкълм Бремер.
Спектрите показаха, че шест галактики са разположени на разстояния, съответстващи на червени измествания между 4,8 и 5,8; други галактики бяха по-близо. Изненадващо и за радост на астрономите, една емисионна линия беше наблюдавана в друга слаба галактика, която беше наблюдавана случайно (случайно беше разположена в една от процепите на FORS2), която може би ще бъде разположена още по-далеч, на червено изместване 6.6. Ако това се потвърди от последващи по-подробни наблюдения, тази галактика би била претендент за златния медал като най-далечния известен!
Най-ранните известни галактики
Спектрите разкриха, че тези галактики активно образуват звезди и вероятно не са по-стари от 100 милиона години, може би дори по-млади. Въпреки това, техният брой и наблюдаваната яркост подсказват, че светещите галактики при тези червени смени са по-малко и по-малко светещи от подобно избраните галактики, които са по-близо до нас.
„Нашите открития показват, че комбинираната ултравиолетова светлина от откритите галактики е недостатъчна, за да йонизира напълно околния газ“, обяснява Малком Бремер. „Това ни води до заключението, че трябва да има много повече по-малки и по-малко светещи галактики в района на космоса, който изучавахме, твърде слаба, за да бъде открита по този начин. Трябва да са тези все още невиждани галактики, които излъчват по-голямата част от енергийните фотони, необходими за йонизиране на водорода във Вселената. "
„Следващата стъпка ще бъде да използвате VLT, за да намерите още и по-бледи галактики при още по-високи червени смени“, добавя Матю Ленерт. „С по-голяма извадка от такива далечни обекти можем да добием представа за тяхната природа и изменението на плътността им в небето.“
Британска премиера
Представените тук наблюдения са сред първите големи открития на британски учени откакто Великобритания стана член на ЕСО през юли 2002 г. Ричард Уейд от Съвета за изследователска физика и астрономия (PPARC), който финансира абонамента на Обединеното кралство за ESO, е много доволен : „С присъединяването си към Европейската южна обсерватория британските астрономи получиха достъп до водещи световни съоръжения като VLT. Тези вълнуващи нови резултати, за които съм сигурен, че предстоят още много неща, илюстрират как британските астрономи допринасят с авангардни открития. “
Повече информация
Резултатите, описани в настоящото прессъобщение, са на път да се появят в изследователското списание Astrophysical Journal („Luminous Lyman Break Galaxies при z> 5 и източникът на реионизация“ от М. Д. Ленерт и М. Бремер). Предлага се по електронен път като astro-ph / 0212431.
бележки
[1]: Това е координирано прессъобщение на ESO / PPARC. Версията на PPARC на изданието може да намерите тук.
[2]: Тази работа е извършена от Малкълм Бремер (университет в Бристол, Обединеното кралство) и Матю Ленерт (Max-Planck-Institut от Extraterrestrische Physik, Garching, Германия).
[3]: Измерените червени измествания на галактиките в дълбокото поле на Бремер са z = 4.8-5.8, с едно неочаквано (и изненадващо) червено изместване 6,6. В астрономията червеното изместване означава фракцията, с която линиите в спектъра на даден обект се изместват към по-големи дължини на вълната. Наблюдаваното червено изместване на отдалечена галактика осигурява оценка на нейното разстояние. Разстоянията, посочени в настоящия текст, се основават на епохата на Вселената от 13,7 милиарда години. При посоченото червено изместване лиманно-алфа линията на атомен водород (дължина на вълната на почивка 121,6 nm) се наблюдава при 680 до 920 nm, т.е. в червения спектрален регион.
Оригинален източник: ESO News Release
