Πιστωτική εικόνα: ESO
Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων έχει χρησιμοποιήσει το Μεγάλο Τηλεσκόπιο του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου (VLT) για να κοιτάξει βαθιά στο διάστημα και να δει γαλαξίες που βρίσκονται 12,6 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά - αυτοί οι γαλαξίες παρατηρούνται όταν το Σύμπαν ήταν μόλις το 10% της τρέχουσας εποχής του. Λίγοι γαλαξίες έχουν βρεθεί σε αυτόν τον παλιό και αυτή η νέα συλλογή βοήθησε τους αστρονόμους να καταλήξουν στο συμπέρασμα ότι αποτελούν μέρος μιας κοσμικής Σκοτεινής Εποχής, όταν οι φωτεινοί γαλαξίες ήταν πιο σπάνιοι - υπήρχαν πολλά περισσότερα μόνο 500 εκατομμύρια χρόνια αργότερα.
Χρησιμοποιώντας το ESO Very Large Telescope (VLT), δύο αστρονόμοι από τη Γερμανία και το Ηνωμένο Βασίλειο [2] έχουν ανακαλύψει μερικούς από τους πιο απομακρυσμένους γαλαξίες που έχουν δει ποτέ. Βρίσκονται περίπου 12.600 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά.
Έχει πάρει το φως που ηχογραφήθηκε τώρα από το VLT για τα εννέα δέκατα της εποχής του Σύμπαντος για να διασχίσει αυτήν την τεράστια απόσταση. Επομένως, παρατηρούμε αυτούς τους γαλαξίες όπως ήταν σε μια εποχή που το Σύμπαν ήταν πολύ νέο, λιγότερο από περίπου το 10% της σημερινής του ηλικίας. Αυτή τη στιγμή, το Σύμπαν αναδύονταν από μια μακρά περίοδο γνωστή ως «Σκοτεινές Εποχές», μπαίνοντας στη φωτεινή εποχή «Κοσμική Αναγέννηση».
Σε αντίθεση με προηγούμενες μελέτες που οδήγησαν στην ανακάλυψη μερικών, ευρέως διασκορπισμένων γαλαξιών σε αυτήν την πρώιμη εποχή, η παρούσα μελέτη βρήκε τουλάχιστον έξι απομακρυσμένους πολίτες σε μια περιοχή μικρού ουρανού, λιγότερο από το 5% του μεγέθους της πανσελήνου! Αυτό επέτρεψε την κατανόηση της εξέλιξης αυτών των γαλαξιών και του πώς επηρεάζουν την κατάσταση του Σύμπαντος στη νεολαία του.
Συγκεκριμένα, οι αστρονόμοι συμπεραίνουν με βάση τα μοναδικά δεδομένα τους ότι υπήρχαν σημαντικά λιγότεροι φωτεινοί γαλαξίες στο Σύμπαν σε αυτό το πρώιμο στάδιο από 500 εκατομμύρια χρόνια αργότερα.
Πρέπει λοιπόν να υπάρχουν πολλοί λιγότερο φωτεινοί γαλαξίες στην περιοχή του διαστήματος που μελετήθηκαν, πολύ λιγοστοί για να ανιχνευθούν σε αυτή τη μελέτη. Πρέπει να είναι εκείνοι οι ακόμη άγνωστοι γαλαξίες που εκπέμπουν την πλειονότητα των ενεργητικών φωτονίων που απαιτούνται για τον ιονισμό του υδρογόνου στο Σύμπαν κατά τη συγκεκριμένη εποχή.
Από το Big Bang στην Κοσμική Αναγέννηση
Σήμερα, το Σύμπαν διαπερνάται από την ενεργητική υπεριώδη ακτινοβολία, που παράγεται από κβάζαρ και καυτά αστέρια. Τα φωτόνια μικρού μήκους κύματος απελευθερώνουν ηλεκτρόνια από τα άτομα υδρογόνου που συνθέτουν το διάχυτο διαγαλαξιακό μέσο και συνεπώς το τελευταίο ιονίζεται σχεδόν πλήρως. Υπήρχε, ωστόσο, μια πρώιμη εποχή στην ιστορία του Σύμπαντος όταν δεν ήταν έτσι.
Το Σύμπαν προήλθε από μια καυτή και εξαιρετικά πυκνή αρχική κατάσταση, το λεγόμενο Big Bang. Οι αστρονόμοι πιστεύουν τώρα ότι πραγματοποιήθηκε πριν από 13.700 εκατομμύρια χρόνια.
Κατά τα πρώτα λεπτά, παρήχθησαν τεράστιες ποσότητες πρωτονίων, νετρονίων και ηλεκτρονίων. Το Σύμπαν ήταν τόσο ζεστό που τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια αιωρούνταν ελεύθερα: το Σύμπαν ιονίστηκε πλήρως.
Μετά από περίπου 100.000 χρόνια, το Σύμπαν είχε κρυώσει σε μερικές χιλιάδες βαθμούς και οι πυρήνες και τα ηλεκτρόνια τώρα ενώθηκαν για να σχηματίσουν άτομα. Οι κοσμολόγοι αναφέρονται σε αυτή τη στιγμή ως «εποχή ανασυνδυασμού». Η ακτινοβολία φόντου μικροκυμάτων που παρατηρούμε τώρα από όλες τις κατευθύνσεις απεικονίζει την κατάσταση της μεγάλης ομοιομορφίας στο Σύμπαν σε εκείνη την μακρινή εποχή.
Ωστόσο, αυτή ήταν επίσης η στιγμή που το Σύμπαν βυθίστηκε στο σκοτάδι. Από τη μία πλευρά, το λείψανο ακτινοβολίας από την αρχέγονη βολίδα είχε τεντωθεί από την κοσμική επέκταση προς μεγαλύτερα μήκη κύματος και ως εκ τούτου δεν ήταν πλέον ικανό να ιονίσει το υδρογόνο. Αντιθέτως, παγιδεύτηκε από τα άτομα υδρογόνου που μόλις σχηματίστηκαν. Από την άλλη πλευρά, δεν είχαν σχηματιστεί ακόμη αστέρια ούτε κβάζαρ που θα μπορούσαν να φωτίσουν τον απέραντο χώρο. Επομένως, αυτή η σκοτεινή εποχή ονομάζεται «Σκοτεινές Εποχές». Οι παρατηρήσεις δεν μπόρεσαν ακόμη να διεισδύσουν σε αυτήν την απομακρυσμένη εποχή - οι γνώσεις μας εξακολουθούν να είναι στοιχειώδεις και βασίζονται σε θεωρητικούς υπολογισμούς.
Μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια αργότερα, ή τουλάχιστον έτσι πιστεύουν οι αστρονόμοι, μερικά πρώτα τεράστια αντικείμενα είχαν σχηματιστεί από τα τεράστια σύννεφα αερίου που είχαν κινηθεί μαζί. Η πρώτη γενιά αστεριών και, κάπως αργότερα, οι πρώτοι γαλαξίες και κβάζαρ, παρήγαγαν εντατική υπεριώδη ακτινοβολία. Αυτή η ακτινοβολία δεν μπορούσε να ταξιδέψει πολύ μακριά, ωστόσο, καθώς θα απορροφηθεί αμέσως από τα άτομα υδρογόνου που ιονίζονται ξανά σε αυτή τη διαδικασία.
Το διαγαλαξιακό αέριο έτσι ιονίστηκε πάλι σε σταθερά αναπτυσσόμενες σφαίρες γύρω από τις ιοντίζουσες πηγές. Κάποια στιγμή, αυτές οι σφαίρες είχαν γίνει τόσο μεγάλες που επικαλύπτονταν εντελώς: η ομίχλη πάνω από το Σύμπαν είχε σηκωθεί!
Αυτό ήταν το τέλος των Σκοτεινών Εποχών και, με έναν όρο που επαναλαμβάνεται από την ανθρώπινη ιστορία, μερικές φορές αναφέρεται ως «Κοσμική Αναγέννηση». Περιγράφοντας το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό αυτής της περιόδου, οι αστρονόμοι το αποκαλούν επίσης «την εποχή του επανιονισμού».
Βρίσκοντας τους πιο απομακρυσμένους γαλαξίες με το VLT
Για να ρίξετε λίγο φως στην κατάσταση του Σύμπαντος στο τέλος των Σκοτεινών Εποχών, είναι απαραίτητο να ανακαλύψετε και να μελετήσετε εξαιρετικά απομακρυσμένους γαλαξίες (δηλαδή υψηλό κόκκινο-μετατόπιση [2]). Μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφορες μέθοδοι παρατήρησης - για παράδειγμα, έχουν βρεθεί απομακρυσμένοι γαλαξίες μέσω απεικόνισης στενής ζώνης (π.χ. ESO PR 12/03), με τη χρήση εικόνων που έχουν ενισχυθεί βαρυτικά από ογκώδεις συστάδες, και επίσης επιβαρυντικά.
Ο Matthew Lehnert από το MPE στο Garching της Γερμανίας και ο Malcolm Bremer από το Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ του Ηνωμένου Βασιλείου, χρησιμοποίησαν μια ειδική τεχνική που εκμεταλλεύεται την αλλαγή των παρατηρούμενων χρωμάτων ενός απομακρυσμένου γαλαξία που προκαλείται από την απορρόφηση στο παρεμβαλλόμενο διαγαλακτικό μέσο. Γαλαξίες με μετατόπιση ερυθρών 4,8 έως 5,8 [2] μπορούν να βρεθούν αναζητώντας γαλαξίες που φαίνονται συγκριτικά φωτεινοί στο κόκκινο οπτικό φως και οι οποίοι είναι ελαφροί ή μη εντοπισμένοι στο πράσινο φως. Τέτοια «διαλείμματα» στην ελαφριά κατανομή των μεμονωμένων γαλαξιών παρέχουν ισχυρές ενδείξεις ότι ο γαλαξίας μπορεί να βρίσκεται σε υψηλή κόκκινη μετατόπιση και ότι το φως του ξεκίνησε στο μακρύ ταξίδι του προς εμάς, μόλις 1000 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang.
Για αυτό, χρησιμοποίησαν για πρώτη φορά το όργανο πολλαπλών τρόπων FORS2 στο τηλεσκόπιο VLT YEPUN 8,2 m για να τραβήξουν εξαιρετικά «βαθιές» φωτογραφίες μέσω τριών οπτικών φίλτρων (πράσινο, κόκκινο και πολύ κόκκινο) μιας μικρής περιοχής του ουρανού (40 τετραγωνικά τόξα) , ή περίπου 5 τοις εκατό του μεγέθους της πανσελήνου). Αυτές οι εικόνες αποκάλυψαν περίπου 20 γαλαξίες με μεγάλα διαλείμματα μεταξύ των πράσινων και κόκκινων φίλτρων, υποδηλώνοντας ότι βρίσκονταν σε υψηλή μετατόπιση. Τα φάσματα αυτών των γαλαξιών ελήφθησαν τότε με το ίδιο όργανο, προκειμένου να μετρηθούν οι πραγματικές μετατοπίσεις τους.
«Το κλειδί για την επιτυχία αυτών των παρατηρήσεων ήταν η χρήση του υπέροχου νέου ανιχνευτή με κόκκινο χρώμα που διατίθεται στο FORS2», λέει ο Malcolm Bremer.
Τα φάσματα έδειξαν ότι έξι γαλαξίες βρίσκονται σε αποστάσεις που αντιστοιχούν σε ερυθρές μετακινήσεις μεταξύ 4,8 και 5,8. άλλοι γαλαξίες ήταν πιο κοντά. Παραδόξως, και προς χαρά των αστρονόμων, μια γραμμή εκπομπών παρατηρήθηκε σε έναν άλλο αχνό γαλαξία που παρατηρήθηκε τυχαία (τυχαία βρίσκεται σε μια από τις σχισμές FORS2) που πιθανόν να βρίσκεται ακόμη πιο μακριά, σε μια κόκκινη μετατόπιση του 6.6. Εάν αυτό επιβεβαιωθεί από επακόλουθες πιο λεπτομερείς παρατηρήσεις, αυτός ο γαλαξίας θα ήταν υποψήφιος για το χρυσό μετάλλιο ως το πιο μακρινό γνωστό!
Οι πρώτοι γνωστοί γαλαξίες
Τα φάσματα αποκάλυψαν ότι αυτοί οι γαλαξίες σχηματίζουν ενεργά αστέρια και πιθανώς δεν είναι μεγαλύτεροι από 100 εκατομμύρια χρόνια, ίσως ακόμη και νεότεροι. Ωστόσο, οι αριθμοί τους και η παρατηρούμενη φωτεινότητα υποδηλώνουν ότι οι φωτεινοί γαλαξίες σε αυτές τις ερυθρές μετατοπίσεις είναι λιγότεροι και λιγότερο φωτεινοί από τους παρόμοια επιλεγμένους γαλαξίες πιο κοντά μας.
«Τα ευρήματά μας δείχνουν ότι το συνδυασμένο υπεριώδες φως από τους γαλαξίες που ανακαλύφθηκαν δεν επαρκεί για τον πλήρη ιονισμό του περιβάλλοντος αερίου», εξηγεί ο Malcom Bremer. «Αυτό μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι πρέπει να υπάρχουν πολύ περισσότεροι μικρότεροι και λιγότερο φωτεινοί γαλαξίες στην περιοχή του διαστήματος που μελετήσαμε, πολύ λιγοστοί για να εντοπιστούν με αυτόν τον τρόπο. Πρέπει να είναι αυτοί οι αόρατοι γαλαξίες που εκπέμπουν την πλειονότητα των ενεργητικών φωτονίων που είναι απαραίτητα για τον ιονισμό του υδρογόνου στο Σύμπαν. "
«Το επόμενο βήμα θα είναι να χρησιμοποιήσουμε το VLT για να βρούμε περισσότερους και αμυδρότερους γαλαξίες σε ακόμη υψηλότερες μετατοπίσεις», προσθέτει ο Matthew Lehnert. «Με ένα μεγαλύτερο δείγμα τέτοιων απομακρυσμένων αντικειμένων, μπορούμε στη συνέχεια να αποκτήσουμε μια εικόνα για τη φύση τους και την παραλλαγή της πυκνότητάς τους στον ουρανό».
Βρετανική πρεμιέρα
Οι παρατηρήσεις που παρουσιάζονται εδώ είναι από τις πρώτες σημαντικές ανακαλύψεις Βρετανών επιστημόνων από τότε που το Ηνωμένο Βασίλειο έγινε μέλος του ESO τον Ιούλιο του 2002. Ο Richard Wade από το Συμβούλιο Ερευνών Φυσικής Σωματιδίων και Αστρονομίας (PPARC), το οποίο χρηματοδοτεί τη συνδρομή του Ηνωμένου Βασιλείου στο ESO, είναι πολύ ικανοποιημένο : «Με την ένταξή του στο Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο, στους αστρονόμους του Ηνωμένου Βασιλείου έχουν πρόσβαση σε κορυφαίες εγκαταστάσεις παγκοσμίως, όπως το VLT. Αυτά τα συναρπαστικά νέα αποτελέσματα, από τα οποία είμαι βέβαιος ότι θα υπάρξουν πολλά ακόμη, που δείχνουν πώς συμβάλλουν οι αστρονόμοι του Ηνωμένου Βασιλείου με πρωτοποριακές ανακαλύψεις. "
Περισσότερες πληροφορίες
Τα αποτελέσματα που περιγράφονται σε αυτό το Δελτίο Τύπου πρόκειται να εμφανιστούν στο ερευνητικό περιοδικό Astrophysical Journal ("Luminous Lyman Break Galaxies at z> 5 and the Source of Reionization" των M. D. Lehnert και M. Bremer). Διατίθεται ηλεκτρονικά ως astro-ph / 0212431.
Σημειώσεις
[1]: Πρόκειται για ένα συντονισμένο Δελτίο Τύπου ESO / PPARC. Η έκδοση της έκδοσης PPARC βρίσκεται εδώ.
[2]: Η εργασία αυτή πραγματοποιήθηκε από τους Malcolm Bremer (Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ, Ηνωμένο Βασίλειο) και Matthew Lehnert (Max-Planck-Institut f Extraterrestrische Physik, Garching, Γερμανία).
[3]: Οι μετρούμενες μετατοπίσεις των γαλαξιών στο Bremer Deep Field είναι z = 4,8-5,8, με μία απροσδόκητη (και εκπληκτική) κόκκινη μετατόπιση 6,6. Στην αστρονομία, η κόκκινη μετατόπιση υποδηλώνει το κλάσμα με το οποίο οι γραμμές στο φάσμα ενός αντικειμένου μετατοπίζονται προς μεγαλύτερα μήκη κύματος. Η παρατηρούμενη μετατόπιση ενός απομακρυσμένου γαλαξία παρέχει μια εκτίμηση της απόστασής του. Οι αποστάσεις που αναφέρονται στο παρόν κείμενο βασίζονται σε μια ηλικία του Σύμπαντος 13,7 δισεκατομμυρίων ετών. Στην υποδεικνυόμενη κόκκινη μετατόπιση, η γραμμή ατομικού υδρογόνου Lyman-alpha (μήκος κύματος ανάπαυσης 121,6 nm) παρατηρείται στα 680 έως 920 nm, δηλ. Στην κόκκινη φασματική περιοχή.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων ESO
