Credit imagine: ESO
O echipă internațională de astronomi au folosit telescopul foarte mare al Observatorului European al Sudului (VLT) pentru a privi adânc în spațiu și pentru a vedea galaxii situate la 12,6 miliarde de ani lumină distanță - aceste galaxii sunt văzute când Universul avea doar 10% din vârsta actuală. Puținele galaxii au fost găsite în această vechime, iar această nouă colecție i-a ajutat pe astronomi să concluzioneze că fac parte dintr-o epocă întunecată cosmică, când galaxiile luminoase erau mai rare - au existat multe altele abia peste 500 de milioane de ani mai târziu.
Folosind telescopul foarte mare al ESO (VLT), doi astronomi din Germania și Marea Britanie [2] au descoperit unele dintre cele mai îndepărtate galaxii văzute vreodată. Acestea sunt situate la aproximativ 12.600 de milioane de ani-lumină distanță.
A fost nevoie de lumina înregistrată acum de VLT despre nouă zecimi din vârsta Universului pentru a parcurge această distanță uriașă. Prin urmare, observăm acele galaxii așa cum erau într-un moment în care Universul era foarte tânăr, mai puțin de aproximativ 10% din vârsta sa actuală. În acest moment, Universul a ieșit dintr-o lungă perioadă cunoscută sub numele de „Evul Întunecat”, intrând în epoca luminoasă „Renaștere cosmică”.
Spre deosebire de studiile anterioare care au dus la descoperirea a câteva galaxii foarte dispersate în această epocă timpurie, prezentul studiu a găsit cel puțin șase cetățeni îndepărtați într-o zonă de cer mic, mai puțin de cinci la sută din dimensiunea lunii pline! Acest lucru a permis înțelegerea evoluției acestor galaxii și modul în care acestea afectează starea Universului în tinerețe.
În special, astronomii concluzionează pe baza datelor lor unice că, în acest stadiu timpuriu, au existat considerabil mai puține galaxii luminoase în Univers decât 500 de milioane de ani mai târziu.
Prin urmare, trebuie să existe multe galaxii mai puțin luminoase în regiunea spațiului pe care au studiat-o, prea slab pentru a fi detectate în acest studiu. Trebuie să fie acele galaxii încă neidentificate care emit majoritatea fotonilor energetici necesari ionizării hidrogenului din Univers în acea epocă deosebit.
De la Big Bang la Renașterea cosmică
În zilele noastre, Universul este pervers de radiații ultraviolete energetice, produse de cvasari și stele fierbinți. Fotonii cu lungime de undă scurtă eliberează electroni din atomii de hidrogen care alcătuiesc mediul intergalactic difuz, iar acesta din urmă este aproape complet ionizat. Cu toate acestea, a existat o epocă timpurie în istoria Universului, când aceasta nu a fost așa.
Universul emana dintr-o stare inițială fierbinte și extrem de densă, așa-numitul Big Bang. Astronomii cred acum că a avut loc acum aproximativ 13.700 de milioane de ani.
În primele minute, s-au produs cantități enorme de protoni, neutroni și electroni. Universul era atât de fierbinte încât protonii și electronii pluteau liber: Universul era complet ionizat.
După aproximativ 100.000 de ani, Universul s-a răcit până la câteva mii de grade, iar nucleele și electronii acum s-au combinat pentru a forma atomi. Cosmologii se referă la acest moment ca la „epoca recombinării”. Radiația de fundal cu microunde pe care o observăm acum din toate direcțiile prezintă starea de mare uniformitate în Univers în acea epocă îndepărtată.
Totuși, aceasta a fost și perioada în care Universul s-a cufundat în întuneric. Pe de o parte, radiația relicvă din bola de foc primordială a fost întinsă de expansiunea cosmică spre lungimi de undă mai lungi și, prin urmare, nu mai era capabilă să ionizeze hidrogenul. Dimpotrivă, a fost prins de atomii de hidrogen tocmai formați. Pe de altă parte, nu s-au format încă stele și nici cvasari care să lumineze vastul spațiu. Prin urmare, această epocă sombră este denumită „Evul Întunecat” în mod rezonabil. Observațiile nu au reușit încă să pătrundă în această epocă îndepărtată - cunoștințele noastre sunt încă rudimentare și se bazează pe calcule teoretice.
Câteva sute de milioane de ani mai târziu, sau cel puțin așa cred astronomii, unele primele obiecte masive s-au format din norii uriași de gaz care se mișcaseră împreună. Prima generație de stele și, ceva mai târziu, primele galaxii și quasari, au produs radiații ultraviolete intense. Această radiație nu a putut călători foarte departe, deoarece ar fi imediat absorbită de atomii de hidrogen care au fost ionizați din nou în acest proces.
Gazul intergalactic a devenit astfel din nou ionizat în sfere în continuă creștere în jurul surselor ionizante. La un moment dat, aceste sfere deveniseră atât de mari încât s-au suprapus complet: ceața de peste Univers se ridicase!
Acesta a fost sfârșitul Evului Întunecat și, cu un termen preluat din nou din istoria umană, este uneori denumit „Renașterea cosmică”. Descriind cea mai semnificativă caracteristică a acestei perioade, astronomii o numesc și „epoca reionizării”.
Găsirea celor mai îndepărtate galaxii cu VLT
Pentru a arunca o lumină asupra stării Universului la sfârșitul Evului Întunecat, este necesar să descoperim și să studiem galaxii extrem de îndepărtate (adică high-redshift [2]). Pot fi utilizate diferite metode de observație - de exemplu, galaxii îndepărtate au fost găsite prin intermediul imaginii cu bandă îngustă (de exemplu, ESO PR 12/03), prin utilizarea de imagini care au fost gravitate gravizate de clustere masive și, de asemenea, serendipitous.
Matthew Lehnert, de la MPE din Garching, Germania, și Malcolm Bremer de la Universitatea din Bristol, Marea Britanie, au folosit o tehnică specială care profită de schimbarea culorilor observate ale unei galaxii îndepărtate care este cauzată de absorbția mediului intergalactic intervenient. Galaxiile la redshift-uri de la 4,8 la 5,8 [2] pot fi găsite căutând galaxii care par comparativ luminoase în lumina optică roșie și care sunt slabe sau nedetectate în lumina verde. Astfel de „pauze” în distribuția de lumină a galaxiilor individuale oferă dovezi puternice că galaxia ar putea fi localizată la redshift ridicat și că lumina ei a pornit în călătoria lungă către noi, la doar aproximativ 1000 de milioane de ani după Big Bang.
Pentru aceasta, ei au folosit mai întâi instrumentul multi-mod FORS2 de pe telescopul VLT YEPUN de 8,2 m pentru a realiza imagini extrem de „profunde” prin intermediul a trei filtre optice (verde, roșu și foarte roșu) dintr-o suprafață mică de cer (40 de arci pătrați , sau aproximativ 5% din mărimea lunii pline). Aceste imagini au dezvăluit aproximativ 20 de galaxii cu pauze mari între filtrele verzi și roșii, ceea ce sugerează că acestea au fost localizate la redshift ridicat. Spectrele acestor galaxii au fost apoi obținute cu același instrument, pentru a măsura adevăratele lor redshift-uri.
„Cheia succesului acestor observații a fost utilizarea marelui nou detector roșu îmbunătățit disponibil pe FORS2”, spune Malcolm Bremer.
Spectrele au indicat că șase galaxii sunt situate la distanțe corespunzătoare deplasărilor roșii între 4,8 și 5,8; alte galaxii erau mai apropiate. În mod surprinzător, și spre deliciul astronomilor, o linie de emisie a fost văzută într-o altă galaxie slabă care a fost observată din întâmplare (s-a întâmplat să fie localizată într-una dintre sloturile FORS2) care poate fi localizată chiar mai departe, la o schimbare redusă a 6.6. Dacă acest lucru ar fi confirmat prin observații ulterioare mai detaliate, acea galaxie ar fi un concurent pentru medalia de aur ca fiind cea mai îndepărtată cunoscută!
Cele mai timpurii galaxii cunoscute
Spectrele au dezvăluit că aceste galaxii formează activ stele și probabil nu au mai mult de 100 de milioane de ani, poate chiar mai tineri. Cu toate acestea, numărul lor și luminozitatea observată sugerează că galaxiile luminoase la aceste schimbări roșii sunt mai puține și mai puțin luminoase decât galaxiile selectate în mod similar, mai aproape de noi.
„Descoperirile noastre arată că lumina ultravioleta combinată din galaxiile descoperite este insuficientă pentru a ioniza complet gazul din jur”, explică Malcom Bremer. „Acest lucru ne conduce la concluzia că trebuie să existe mai multe galaxii mai mici și mai puțin luminoase în regiunea spațiului pe care am studiat-o, prea slab pentru a fi detectate în acest fel. Trebuie să fie aceste galaxii încă nevăzute care emit majoritatea fotonilor energetici necesari pentru ionizarea hidrogenului din Univers. ”
„Următorul pas va fi utilizarea VLT pentru a găsi galaxii mai slabe și mai slabe la redshift-uri chiar mai mari”, adaugă Matthew Lehnert. „Cu un eșantion mai mare de astfel de obiecte îndepărtate, putem obține o perspectivă asupra naturii lor și a variației densității lor pe cer.”
O premieră britanică
Observațiile prezentate aici sunt printre primele descoperiri majore ale oamenilor de știință britanici, de când Marea Britanie a devenit membru al ESO în iulie 2002. Richard Wade de la Consiliul de cercetare în fizică a particulelor și astronomie (PPARC), care finanțează abonamentul din Marea Britanie la ESO, este foarte mulțumit : „În aderarea la Observatorul European din Sud, astronomilor din Marea Britanie au primit acces la facilități de top la nivel mondial, cum ar fi VLT. Aceste noi rezultate interesante, despre care sunt sigur că vor mai veni multe altele, ilustrează modul în care contribuie astronomii britanici la descoperiri de ultimă oră. ”
Mai multe informatii
Rezultatele descrise în acest comunicat de presă urmează să apară în revista de cercetare Astrophysical Journal („Luminous Lyman Break Galaxies at z> 5 and the Source of Reionization” de M. D. Lehnert și M. Bremer). Este disponibil electronic ca astro-ph / 0212431.
notițe
[1]: Acesta este un comunicat coordonat de presă ESO / PPARC. Versiunea PPARC a versiunii poate fi găsită aici.
[2]: Această lucrare a fost realizată de Malcolm Bremer (Universitatea din Bristol, Regatul Unit) și Matthew Lehnert (Max-Planck-Institut din Extraterrestrische Physik, Garching, Germania).
[3]: Redshift-urile măsurate ale galaxiilor din câmpul profund Bremer sunt z = 4.8-5.8, cu un redshift neașteptat (și surprinzător) de 6,6. În astronomie, redshift indică fracția prin care liniile din spectrul unui obiect sunt deplasate către lungimi de undă mai lungi. Redshift-ul observat al unei galaxii îndepărtate oferă o estimare a distanței sale. Distanțele indicate în textul actual se bazează pe o vârstă a Universului de 13,7 miliarde de ani. La schimbarea roșie indicată, linia Lyman-alfa a hidrogenului atomic (lungimea de undă de odihnă 121,6 nm) este observată la 680 până la 920 nm, adică în regiunea spectrală roșie.
Sursa originală: Comunicat de știri ESO
