Πιστωτική εικόνα: ESO
Παρόλο που το Σύμπαν έχει σήμερα ένα μπεζ χρώμα συνολικά, ήταν πιο μπλε, σύμφωνα με τους αστρονόμους με το Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο. Οι αστρονόμοι επεξεργάστηκαν την απόσταση και το χρώμα έως τους 300 γαλαξίες που περιείχαν η έρευνα Hubble Deep Sky, η οποία εξέτασε μια περιοχή του ουρανού στον νότιο αστερισμό της Τοσκάνης.
Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων [1] έχει καθορίσει το χρώμα του Σύμπαντος όταν ήταν πολύ νέος. Ενώ το Σύμπαν είναι τώρα μπεζ, ήταν πολύ πιο μπλε στο μακρινό παρελθόν, σε μια εποχή που ήταν μόλις 2.500 εκατομμύρια χρόνια.
Αυτό είναι το αποτέλεσμα μιας εκτεταμένης και εμπεριστατωμένης ανάλυσης περισσότερων από 300 γαλαξιών που παρατηρούνται σε μια μικρή περιοχή του νότιου ουρανού, το λεγόμενο Hubble Deep Field South. Ο κύριος στόχος αυτής της προηγμένης μελέτης ήταν να καταλάβει πώς συγκεντρώθηκε το αστρικό περιεχόμενο του Σύμπαντος και άλλαξε με την πάροδο του χρόνου.
Ο Ολλανδός αστρονόμος Marijn Franx, μέλος της ομάδας από το Παρατηρητήριο του Λάιντεν (Ολλανδία), εξηγεί: «Το μπλε χρώμα του πρώιμου Σύμπαντος προκαλείται από το κυρίως μπλε φως από νεαρά αστέρια στους γαλαξίες. Το πιο κόκκινο χρώμα του Space Magazine προκαλείται από τον σχετικά μεγαλύτερο αριθμό παλαιότερων, πιο κόκκινων αστεριών. "
Ο αρχηγός της ομάδας, Γκρέγκορι Ρούντνικ από την Αστροφυσική του Max-Planck Institut (Garching, Γερμανία) προσθέτει: «Δεδομένου ότι η συνολική ποσότητα φωτός στο Σύμπαν στο παρελθόν ήταν περίπου η ίδια όπως σήμερα και ένα νεαρό μπλε αστέρι εκπέμπει πολύ περισσότερα φως από ένα παλιό κόκκινο αστέρι, πρέπει να υπήρχαν σημαντικά λιγότερα αστέρια στο νεαρό Σύμπαν από ό, τι τώρα. Τα νέα μας ευρήματα υποδηλώνουν ότι η πλειοψηφία των αστεριών στο Σύμπαν σχηματίστηκε συγκριτικά αργά, όχι πολύ καιρό πριν γεννηθεί ο Ήλιος μας, σε μια στιγμή που το Σύμπαν ήταν περίπου 7.000 εκατομμύρια χρόνια. "
Αυτά τα νέα αποτελέσματα βασίζονται σε μοναδικά δεδομένα που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια περισσότερων από 100 ωρών παρατηρήσεων με το όργανο πολλαπλών τρόπων ISAAC στο Very Large Telescope (VLT) του ESO, ως μέρος ενός μεγάλου ερευνητικού έργου, του Faint InfraRed Extragalactic Survey (FIRES). Οι αποστάσεις προς τους γαλαξίες υπολογίστηκαν από τη φωτεινότητά τους σε διαφορετικές οπτικές ζώνες μήκους κύματος κοντά στο υπέρυθρο.
Παρατηρώντας το πρώιμο Σύμπαν
Είναι πλέον γνωστό ότι ο Ήλιος σχηματίστηκε πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Αλλά πότε σχηματίστηκαν τα περισσότερα από τα άλλα αστέρια στο σπίτι μας Galaxy; Και τι γίνεται με τα αστέρια σε άλλους γαλαξίες; Αυτά είναι μερικά από τα βασικά ερωτήματα της σημερινής αστρονομίας, αλλά μπορούν να απαντηθούν μόνο μέσω παρατηρήσεων με τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια του κόσμου.
Ένας τρόπος αντιμετώπισης αυτών των ζητημάτων είναι να παρατηρήσετε απευθείας το πολύ νεαρό Σύμπαν - κοιτάζοντας πίσω στο παρελθόν. Για αυτό, οι αστρονόμοι επωφελούνται από το γεγονός ότι το φως που εκπέμπεται από πολύ απομακρυσμένους γαλαξίες ταξιδεύει πολύ καιρό πριν φτάσει σε μας. Έτσι, όταν οι αστρονόμοι κοιτάζουν τέτοια απομακρυσμένα αντικείμενα, τα βλέπουν όπως εμφανίστηκαν εδώ και πολύ καιρό.
Αυτοί οι απομακρυσμένοι γαλαξίες είναι εξαιρετικά εξασθενημένοι, ωστόσο και αυτές οι παρατηρήσεις είναι τεχνικά δύσκολες. Μια άλλη περιπλοκή είναι ότι, λόγω της επέκτασης του Σύμπαντος, το φως από αυτούς τους γαλαξίες μετατοπίζεται προς μεγαλύτερα μήκη κύματος [2], έξω από το εύρος οπτικού μήκους κύματος και στην υπέρυθρη περιοχή.
Για να μελετήσουν λεπτομερώς αυτούς τους πρώτους γαλαξίες, οι αστρονόμοι πρέπει επομένως να χρησιμοποιήσουν τα μεγαλύτερα επίγεια τηλεσκόπια, συλλέγοντας το αχνό φως τους σε πολύ μεγάλες εκθέσεις. Επιπλέον, πρέπει να χρησιμοποιούν ανιχνευτές ευαίσθητους στις υπέρυθρες ακτίνες.
Τηλεσκόπια ως γιγαντιαία μάτια
Το “Hubble Deep Field South (HDF-S)” είναι ένα πολύ μικρό τμήμα του ουρανού στον νότιο αστερισμό Tucanae («το Toucan»). Επιλέχθηκε για πολύ λεπτομερείς μελέτες με το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble (HST) και άλλα ισχυρά τηλεσκόπια. Οι οπτικές εικόνες αυτού του πεδίου που λαμβάνονται από το HST αντιπροσωπεύουν συνολικό χρόνο έκθεσης 140 ωρών. Πολλά επίγεια τηλεσκόπια έχουν επίσης λάβει εικόνες και φάσματα αντικειμένων σε αυτήν την περιοχή του ουρανού, ιδίως τα τηλεσκόπια ESO στη Χιλή.
Μια περιοχή ουρανού 2,5 x 2,5 arcmin2 προς την κατεύθυνση του HDF-S παρατηρήθηκε στο πλαίσιο μιας εμπεριστατωμένης μελέτης (το Faint InfraRed Extragalactic Survey; FIRES, βλέπε ESO PR 23/02). Είναι ελαφρώς μεγαλύτερο από το πεδίο που καλύπτεται από την κάμερα WFPC2 στο HST, αλλά εξακολουθεί να είναι 100 φορές μικρότερο από την περιοχή που υπόκειται στην πανσέληνο.
Όποτε αυτό το πεδίο ήταν ορατό από το Παρατηρητήριο ESO Paranal και οι ατμοσφαιρικές συνθήκες ήταν βέλτιστες, οι αστρονόμοι του ESO έδειξαν το τηλεσκόπιο 8,2-m VLT ANTU προς αυτήν την κατεύθυνση, λαμβάνοντας εικόνες σχεδόν υπέρυθρων με το όργανο πολλαπλών λειτουργιών ISAAC. Συνολικά, το πεδίο παρατηρήθηκε για περισσότερες από 100 ώρες και οι προκύπτουσες εικόνες (βλ. ESO PR 23/02), είναι οι βαθύτερες επίγειες προβολές στις ζώνες Js- και H-εγγύς υπέρυθρων. Η εικόνα της μπάντας Ks είναι η βαθύτερη που έχει ληφθεί ποτέ από οποιοδήποτε πεδίο ουρανού σε αυτήν τη φασματική ζώνη, είτε από το έδαφος είτε από το διάστημα.
Αυτά τα μοναδικά δεδομένα παρέχουν μια εξαιρετική θέα και έχουν πλέον επιτρέψει άνευ προηγουμένου μελέτες για τον πληθυσμό των γαλαξιών στο νεαρό Σύμπαν. Πράγματι, λόγω των εξαιρετικών συνθηκών ορατότητας στο Paranal, τα δεδομένα που λαμβάνονται με το VLT έχουν εξαιρετική ευκρίνεια εικόνας («βλέποντας» 0,48 arcsec) και μπορούν να συνδυαστούν με τα οπτικά δεδομένα HST χωρίς σχεδόν απώλεια ποιότητας.
Ένα πιο μπλε χρώμα
Οι αστρονόμοι μπόρεσαν να εντοπίσουν αναμφίβολα περίπου 300 γαλαξίες σε αυτές τις εικόνες. Για καθένα από αυτά, μέτρησαν την απόσταση καθορίζοντας την κόκκινη μετατόπιση [2]. Αυτό έγινε μέσω μιας νέας βελτιωμένης μεθόδου που βασίζεται στη σύγκριση της φωτεινότητας κάθε αντικειμένου σε όλες τις μεμονωμένες φασματικές ζώνες με αυτήν ενός συνόλου κοντινών γαλαξιών.
Με αυτόν τον τρόπο, οι γαλαξίες βρέθηκαν στο χωράφι με ερυθρές μετατοπίσεις έως και z = 3,2, που αντιστοιχούν σε αποστάσεις περίπου 11.500 εκατομμύρια έτη φωτός. Με άλλα λόγια, οι αστρονόμοι έβλεπαν το φως αυτών των πολύ απομακρυσμένων γαλαξιών όπως ήταν όταν το Σύμπαν ήταν μόλις 2,2 δισεκατομμυρίων ετών.
Στη συνέχεια, οι αστρονόμοι καθόρισαν την ποσότητα φωτός που εκπέμπεται από κάθε γαλαξία με τέτοιο τρόπο ώστε τα αποτελέσματα της ερυθράς μετατόπισης «αφαιρέθηκαν». Δηλαδή, μέτρησαν την ποσότητα φωτός σε διαφορετικά μήκη κύματος (χρώματα) όπως θα είχε καταγραφεί από έναν παρατηρητή κοντά σε αυτόν τον γαλαξία. Φυσικά, αυτό αναφέρεται μόνο στο φως από αστέρια που δεν καλύπτονται έντονα από τη σκόνη.
Συνοψίζοντας το φως που εκπέμπεται σε διαφορετικά μήκη κύματος από όλους τους γαλαξίες σε μια δεδομένη κοσμική εποχή, οι αστρονόμοι θα μπορούσαν επίσης να καθορίσουν το μέσο χρώμα του Σύμπαντος (το «κοσμικό χρώμα») σε αυτήν την εποχή. Επιπλέον, μπόρεσαν να μετρήσουν πώς άλλαξε αυτό το χρώμα, καθώς το Σύμπαν γερνούσε.
Καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι το κοσμικό χρώμα γίνεται πιο κόκκινο με το χρόνο. Συγκεκριμένα, ήταν πολύ πιο μπλε στο παρελθόν. τώρα, σε ηλικία σχεδόν 14.000 εκατομμυρίων ετών, το Σύμπαν έχει ένα είδος μπεζ χρώματος.
Πότε σχηματίστηκαν τα αστέρια;
Η αλλαγή του κοσμικού χρώματος με το χρόνο μπορεί να είναι ενδιαφέρουσα από μόνη της, αλλά είναι επίσης ένα ουσιαστικό εργαλείο για τον προσδιορισμό του πόσο γρήγορα συγκεντρώθηκαν τα αστέρια στο Σύμπαν.
Πράγματι, ενώ ο σχηματισμός των αστεριών σε μεμονωμένους γαλαξίες μπορεί να έχει περίπλοκες ιστορίες, μερικές φορές να επιταχύνεται σε πραγματικές «εκρήξεις αστεριών», οι νέες παρατηρήσεις - που βασίζονται τώρα σε πολλούς γαλαξίες - δείχνουν ότι η «μέση ιστορία» του σχηματισμού αστεριών στο Σύμπαν είναι πολύ απλούστερο. Αυτό είναι εμφανές από την παρατηρούμενη, ομαλή αλλαγή του κοσμικού χρώματος καθώς το Σύμπαν γερνούσε.
Χρησιμοποιώντας το κοσμικό χρώμα, οι αστρονόμοι μπόρεσαν επίσης να προσδιορίσουν πώς άλλαξε η μέση ηλικία των σχετικά απεριόριστων αστεριών στο Σύμπαν με το χρόνο. Δεδομένου ότι το Σύμπαν ήταν πολύ πιο μπλε στο παρελθόν από ό, τι είναι τώρα, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το Σύμπαν δεν παράγει τόσα μπλε (υψηλή μάζα, βραχύβια) αστέρια τώρα όπως ήταν νωρίτερα, ενώ την ίδια στιγμή το κόκκινο (χαμηλή μάζα , μακράς διαρκείας) αστέρια από προηγούμενες γενιές σχηματισμού αστεριών εξακολουθούν να υπάρχουν. Τα μπλε, τεράστια αστέρια πεθαίνουν γρηγορότερα από τα κόκκινα αστέρια χαμηλής μάζας και επομένως καθώς η ηλικία μιας ομάδας αστεριών αυξάνεται, τα μπλε βραχύβια αστέρια πεθαίνουν και το μέσο χρώμα της ομάδας γίνεται πιο κόκκινο. Το ίδιο και το Σύμπαν συνολικά.
Αυτή η συμπεριφορά μοιάζει με την τάση γήρανσης στις σύγχρονες δυτικές χώρες όπου γεννιούνται λιγότερα μωρά από ό, τι στο παρελθόν και οι άνθρωποι ζουν περισσότερο από ό, τι στο παρελθόν, με τη συνολική επίδραση ότι η μέση ηλικία του πληθυσμού αυξάνεται.
Οι αστρονόμοι καθόρισαν πόσα αστέρια είχαν ήδη σχηματιστεί όταν το Σύμπαν ήταν μόλις 3.000 εκατομμυρίων ετών. Τα νεαρά αστέρια (μπλε χρώματος) εκπέμπουν περισσότερο φως από τα παλαιότερα (πιο κόκκινα) αστέρια. Ωστόσο, δεδομένου ότι υπήρχε σχεδόν τόσο φως στο νεαρό Σύμπαν όσο υπάρχει σήμερα - αν και οι γαλαξίες είναι τώρα πολύ πιο κόκκινοι - αυτό σημαίνει ότι υπήρχαν λιγότερα αστέρια στο πρώιμο Σύμπαν από ό, τι σήμερα. Η παρούσα μελέτη υποδηλώνει ότι υπήρχαν δέκα φορές λιγότερα αστέρια εκείνη την εποχή από ό, τι τώρα.
Τέλος, οι αστρονόμοι διαπίστωσαν ότι περίπου τα μισά από τα αστέρια στους παρατηρηθέντες γαλαξίες έχουν σχηματιστεί μετά την εποχή που το Σύμπαν ήταν περίπου το μισό παλαιό (7.000 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη) όπως είναι σήμερα (14.000 εκατομμύρια χρόνια).
Αν και αυτό το αποτέλεσμα προήλθε από μια μελέτη ενός πολύ μικρού πεδίου ουρανού, και ως εκ τούτου ενδέχεται να μην είναι εντελώς αντιπροσωπευτικό του Σύμπαντος στο σύνολό του, το παρόν αποτέλεσμα έχει αποδειχθεί ότι ισχύει σε άλλα πεδία του ουρανού.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων ESO
