Bildekreditt: ESO
Selv om universet for tiden er en beige farge generelt, pleide det å være mer blått, ifølge astronomer med European Southern Observatory. Astronomene utarbeidet avstanden og fargen til 300 galakser som var inneholdt i Hubble Deep Sky-undersøkelsen, som tok en dyp titt på et område av himmelen i den sørlige stjernebildet Tuscanae.
Et internasjonalt team av astronomer [1] har bestemt fargen på universet da det var veldig ung. Mens universet nå er slags beige, var det mye blåere i den fjerne fortiden, i en tid da det bare var 2500 millioner år gammelt.
Dette er resultatet av en omfattende og grundig analyse av mer enn 300 galakser sett i et lite sørlig himmelområde, det såkalte Hubble Deep Field South. Hovedmålet med denne avanserte studien var å forstå hvordan det stjerners innholdet i universet ble satt sammen og har endret seg over tid.
Den nederlandske astronomen Marijn Franx, et teammedlem fra Leiden-observatoriet (Nederland), forklarer: “Den blå fargen på det tidlige universet er forårsaket av det overveiende blå lyset fra unge stjerner i galaksen. Den rødere fargen på Space Magazine er forårsaket av det relativt større antallet eldre, rødere stjerner. ”
Teamlederen, Gregory Rudnick fra Max-Planck Institut f? R Astrophysics (Garching, Tyskland) legger til: “Siden den totale mengden lys i universet i fortiden var omtrent den samme som i dag, og en ung blå stjerne avgir mye mer lys enn en gammel rød stjerne, må det ha vært betydelig færre stjerner i det unge universet enn det er nå. Våre nye funn antyder at flertallet av stjernene i universet ble dannet relativt sent, ikke så lenge før solen vår ble født, i et øyeblikk da universet var rundt 7000 millioner år gammelt. ”
Disse nye resultatene er basert på unike data samlet i mer enn 100 timers observasjoner med ISAAC multimodusinstrumentet ved ESOs Very Large Telescope (VLT), som en del av et stort forskningsprosjekt, Faint InfraRed Extragalactic Survey (FIRES). Avstandene til galaksene ble estimert ut fra lysstyrken i forskjellige optiske nærinfrarøde bølgelengdebånd.
Å observere det tidlige universet
Det er nå kjent at solen ble dannet for rundt 4,5 milliarder år siden. Men når skjedde de fleste av de andre stjernene i hjemmet vårt Galaxy? Og hva med stjerner i andre galakser? Dette er noen av de viktigste spørsmålene i dagens astronomi, men de kan bare besvares ved hjelp av observasjoner med verdens største teleskoper.
En måte å ta tak i disse problemene er å observere det veldig unge universet direkte - ved å se tilbake i tid. For dette drar astronomene fordel av det faktum at lys som sendes ut fra veldig fjerne galakser reiser lenge før de når oss. Når astronomer ser på slike avsidesliggende objekter, ser de dem slik de så ut for lenge siden.
Disse avsidesliggende galaksene er imidlertid ekstremt svake, og disse observasjonene er derfor teknisk vanskelige. En annen komplikasjon er at på grunn av utvidelsen av universet, blir lys fra galaksene forskjøvet mot lengre bølgelengder [2], utenfor det optiske bølgelengdeområdet og inn i det infrarøde området.
For å studere de tidlige galaksene i detalj, må astronomer derfor bruke de største bakkebaserte teleskopene, for å samle sitt svake lys under veldig lange eksponeringer. I tillegg må de bruke infrarøde følsomme detektorer.
Teleskoper som gigantiske øyne
“Hubble Deep Field South (HDF-S)” er en veldig liten del av himmelen i den sørlige stjernebildet Tucanae (“the Toucan”). Det ble valgt for veldig detaljerte studier med Hubble-romteleskopet (HST) og andre kraftige teleskoper. Optiske bilder av dette feltet oppnådd av HST representerer en total eksponeringstid på 140 timer. Mange bakkebaserte teleskoper har også skaffet bilder og spektra av gjenstander i dette himmelsområdet, spesielt ESO-teleskopene i Chile.
Et skyområde på 2,5 x 2,5 arkmin2 i retning av HDF-S ble observert i sammenheng med en grundig studie (Faint InfraRed Extragalactic Survey; FIRES, se ESO PR 23/02). Det er litt større enn feltet som er dekket av WFPC2-kameraet på HST, men fortsatt 100 ganger mindre enn det området som fullmånen er underlagt.
Hver gang dette feltet var synlig fra ESO Paranal Observatory og de atmosfæriske forholdene var optimale, pekte ESO-astronomene det 8,2 m lange VLT ANTU-teleskopet i denne retningen og tok nærinfrarøde bilder med ISAAC multimodusinstrument. Til sammen ble feltet observert i mer enn 100 timer, og de resulterende bildene (se ESO PR 23/02) er de dypeste bakkebaserte visningene i de nærinfrarøde Js- og H-båndene. Ks-band-bildet er det dypeste som noen gang er oppnådd av noen himmelfelt i dette spektrale bandet, enten det er fra bakken eller fra verdensrommet.
Disse unike dataene gir en eksepsjonell utsikt og har nå tillatt enestående studier av galaksebestanden i det unge universet. På grunn av de eksepsjonelle synsvilkårene på Paranal har dataene som er innhentet med VLT en utmerket bildeskarphet (en "se" på 0,48 arcsec) og kan kombineres med HST optiske data uten nesten kvalitetstap.
En blåere farge
Astronomene klarte å oppdage entydig rundt 300 galakser på disse bildene. For hver av dem målte de avstanden ved å bestemme rødskiftet [2]. Dette ble gjort ved hjelp av en nylig forbedret metode som er basert på sammenligningen av lysstyrken til hvert objekt i alle de individuelle spektralbåndene med det for et sett nærliggende galakser.
På denne måten ble galakser funnet i feltet med rødskift så høye som z = 3,2, tilsvarende avstander rundt 11 500 millioner lysår. Med andre ord så astronomene lyset fra disse veldig avsidesliggende galaksene som de var da universet bare var rundt 2,2 milliarder år gammelt.
Astronomene bestemte deretter mengden lys som ble avgitt av hver galakse på en slik måte at virkningene av rødskiftet ble "fjernet". Det vil si at de målte lysmengden ved forskjellige bølgelengder (farger) slik det ville blitt spilt inn av en observatør i nærheten av den galaksen. Dette refererer selvfølgelig bare til lyset fra stjerner som ikke er tungt tilslørt av støv.
Oppsummering av lyset som sendes ut på forskjellige bølgelengder av alle galakser ved en gitt kosmisk epoke, kunne astronomene også bestemme gjennomsnittsfargen til universet (den "kosmiske fargen") på den epoken. Dessuten var de i stand til å måle hvordan den fargen har endret seg etter hvert som universet ble eldre.
De konkluderer med at den kosmiske fargen blir rødere med tiden. Spesielt var det mye blåere i fortiden; nå, i en alder av nesten 14 000 millioner år, har universet en slags beige farge.
Når ble stjerner dannet?
Endringen av den kosmiske fargen med tiden kan være interessant i seg selv, men det er også et viktig verktøy for å bestemme hvor raskt stjerner ble samlet i universet.
Selv om stjernedannelsen i individuelle galakser kan ha kompliserte historier, noen ganger akselerere til ekte "stjerneskur", viser de nye observasjonene - nå basert på mange galakser - at den "gjennomsnittlige historien" til stjernedannelse i universet er mye enklere. Dette fremgår av den observerte, jevne endringen av den kosmiske fargen etter hvert som universet ble eldre.
Ved å bruke den kosmiske fargen var astronomene også i stand til å bestemme hvordan middelalderen for relativt uobserverte stjerner i universet endret seg med tiden. Siden universet var mye blåere i fortiden enn det er nå, konkluderte de med at universet ikke produserer så mange blå (høymasse, kortvarige) stjerner nå som det var tidligere, samtidig som de røde (lave masse) , langlivede) stjerner fra tidligere generasjoner av stjernedannelse er fremdeles til stede. Blå, massive stjerner dør raskere enn røde, lavmasse stjerner, og derfor når alderen til en gruppe stjerner øker, dør de blå kortvarige stjernene og gruppens gjennomsnittsfarge blir rødere. Slik gjorde universet som helhet.
Denne oppførselen ligner litt på den aldrende trenden i moderne vestlige land der færre babyer blir født enn tidligere, og mennesker lever lenger enn tidligere, med den totale effekten at middelalderen for befolkningen stiger.
Astronomene bestemte hvor mange stjerner som allerede hadde dannet seg da universet bare var rundt 3000 millioner år gammelt. Unge stjerner (med blå farge) avgir mer lys enn eldre (rødere) stjerner. Men siden det var omtrent like mye lys i det unge universet som det er i dag - selv om galaksene nå er mye rødere - innebærer dette at det var færre stjerner i det tidlige universet enn i dag. Den nåværende studien antyder at det var ti ganger færre stjerner på den tidlige tiden enn det er nå.
Endelig fant astronomene at omtrent halvparten av stjernene i de observerte galaksene har blitt dannet etter tiden da universet var omtrent halvparten så gammelt (7000 millioner år etter Big Bang) som det er i dag (14 000 millioner år).
Selv om dette resultatet ble avledet fra en studie av et veldig lite himmelfelt, og derfor kanskje ikke er fullstendig representativt for universet som helhet, har det vist seg at nåværende resultat holder på andre himmelfelt.
Originalkilde: ESO News Release
