Bildekreditt: ESO
Ved å bruke ISAAC nærinfrarødt instrument på ESOs Very Large Telescope, og forstørrelseseffekten av en gravitasjonslinse, har et team av franske og sveitsiske astronomer [2] funnet flere svake galakser som antas å være de mest avsidesliggende.
Ytterligere spektroskopiske studier av en av disse kandidatene har gitt en sterk sak for det som nå er den nye rekordholderen - og uten tvil - av den fjerneste galaksen som er kjent i universet.
Den nylig oppdagede galaksen, som heter Abell 1835 IR1916, har en rødforskyvning på 10 [3] og ligger omtrent 13 230 millioner lysår unna. Det sees derfor i en tid da universet bare var 470 millioner år ung, det vil si knapt 3 prosent av sin nåværende alder.
Denne urfolksgalaksen ser ut til å være ti tusen ganger mindre massiv enn vår Galaxy, Melkeveien. Det kan godt hende det er en av de første objektene som endte universets mørke alder.
Denne bemerkelsesverdige oppdagelsen illustrerer potensialet til store bakkebaserte teleskoper i det nærinfrarøde domenet for utforskningen av det tidlige universet.
Graver inn i fortiden
I likhet med paleontologer som graver dypere og dypere for å finne de eldste restene, prøver astronomer å se lenger og lenger for å granske det veldig unge universet. Den ultimate søken? Finne de første stjernene og galakser som dannet seg like etter Big Bang.
Mer presist prøver astronomer å utforske de siste "ukjente territoriene", grensen mellom "mørke aldre" og "kosmisk renessanse".
Rettferdig kort etter Big Bang, som nå antas å ha funnet sted for rundt 13 700 millioner år siden, stupte universet i mørke. Relikksstrålingen fra den eldgamle ildkulen var blitt strukket av den kosmiske ekspansjonen mot lengre bølgelengder, og det var ennå ikke dannet stjerner eller kvasarer som kunne belyse det enorme rommet. Universet var et kaldt og ugjennomsiktig sted. Denne mørke epoken er derfor ganske rimelig kalt "Dark Ages".
Noen hundre millioner år senere produserte den første generasjonen stjerner og, senere fremdeles, de første galakser og kvasarer, intens ultrafiolett stråling og løftet tåken gradvis over universet.
Dette var slutten av den mørke alderen, og med et begrep igjen overtatt fra menneskets historie, blir det noen ganger referert til som den "kosmiske renessansen".
Astronomer prøver å slå fast når - og hvordan - akkurat den mørke alderen var ferdig. Dette krever å lete etter de fjerneste objektene, en utfordring som bare de største teleskopene, kombinert med en veldig nøye observasjonsstrategi, kan ta opp.
Ved hjelp av et gravitasjonsteleskop
Med bruk av teleskoper på 8-10 meter har man oppnådd spektakulære fremskritt i løpet av det siste tiåret. Det har siden blitt mulig med detaljer å observere flere tusen galakser og kvasarer til avstander på nesten 12 milliarder lysår (dvs. opp til en rødskift på 3 [3]). Med andre ord er astronomer nå i stand til å studere individuelle galakser, deres dannelse, evolusjon og andre egenskaper over typisk 85% av den tidligere historien til universet.
Videre i fortiden blir observasjoner av galakser og kvasarer imidlertid knappe. Foreløpig er det bare en håndfull veldig svake galakser som blir sett omtrent 1200 til 750 millioner år etter Big Bang (rødskift 5-7). Utover det har svakheten i disse kildene og det faktum at lyset deres blir forskjøvet fra det optiske til det nærinfrarøde, så langt studiene alvorlig begrenset.
Et viktig gjennombrudd i denne søken etter den tidligste dannede galaksen er nå oppnådd av et team av franske og sveitsiske astronomer [2] som bruker ESOs Very Large Telescope (VLT) utstyrt med det nærinfrarøde følsomme instrumentet ISAAC. For å oppnå dette, måtte de kombinere lysforsterkningseffekten av en klynge av galakser - et gravitasjonsteleskop - med lysoppsamlingskraften til VLT og de utmerkede himmelforholdene som hersket på Paranal.
Søker etter fjerne galakser
Jakten på slike svake, unnvikende gjenstander krever en spesiell tilnærming.
Først av alt ble veldig dype bilder av en klynge av galakser ved navn Abell 1835 tatt ved bruk av ISAAC nærinfrarødt instrument på VLT. Slike relativt nærliggende massive klynger er i stand til å bøye og forsterke lyset fra bakgrunnskilder - et fenomen kalt Gravitational Lensing og forutsagt av Einsteins teori om generell relativitet.
Denne naturlige forsterkningen lar astronomene kikke seg etter galakser som ellers ville være for svake til å bli sett. Når det gjelder den nyoppdagede galaksen, blir lyset forsterket omtrent 25 til 100 ganger! Kombinert med kraften fra VLT har det derved vært mulig å avbilde og til og med ta et spekter av denne galaksen. Den naturlige forsterkningen øker faktisk åpningen av VLT fra 8,2 m til 40-80 m.
De dype nær-IR-bildene tatt med forskjellige bølgelengder har gjort det mulig for astronomene å karakterisere egenskapene til noen få tusen galakser i bildet og velge en håndfull av dem som potensielt veldig fjerne galakser. Ved å bruke tidligere innhentede bilder tatt ved Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) på Mauna Kea og bilder fra Hubble-romteleskopet, er det da bekreftet at disse galaksene faktisk ikke blir sett i det optiske. På denne måten ble seks kandidatgalakser med høy rødforskyvning gjenkjent hvis lys kan ha blitt avgitt da universet var mindre enn 700 millioner år gammelt.
For å bekrefte og oppnå en mer presis bestemmelse av avstanden til en av disse galaksene, fikk astronomene Director's Discretionary Time for å bruke ISAAC igjen på VLT, men denne gangen i sin spektroskopiske modus. Etter flere måneder med nøye analyse av dataene, er astronomene overbevist om å ha oppdaget et svakt, men tydelig spektralt trekk i det nærinfrarøde domenet. Astronomene har gjort en sterk sak om at denne funksjonen absolutt er Lyman-alfa-utslippslinjen som er typisk for disse objektene. Denne linjen, som forekommer i laboratoriet med en bølgelengde på 0,1216 m m, det vil si i ultrafiolett, har blitt strukket til det nær infrarøde ved 1,34 m m, noe som gjør Abell 1835 IR1916 til den første galaksen som er kjent for å ha en rødskift så stor som 10.
Den hittil fjerneste galaksen
Dette er det sterkeste tilfellet for en rødskift utover gjeldende spektroskopisk bekreftet post ved z = 6,6 og det første tilfellet av en tosifret rødskift. Skalering av universets alder til en persons levetid (80 år, si), viste den forrige bekreftede posten en fire år liten pjokk. Med de nåværende observasjonene har vi et bilde av barnet da han var to og et halvt år gammelt.
Fra bildene av denne galaksen som er oppnådd i de forskjellige bølgebåndene, utleder astronomene at den gjennomgår en periode med intens stjernedannelse. Men mengden av dannede stjerner er estimert til å være "bare" 10 millioner ganger solens masse, omtrent ti tusen ganger mindre enn massen til vår Galaxy, Melkeveien.
Det astronomene ser, er med andre ord den første byggesteinen i dagens store galakser. Dette funnet stemmer godt overens med vår nåværende forståelse av prosessen med dannelse av galakser som tilsvarer en suksessiv oppbygging av de store galaksene som er sett i dag gjennom en rekke sammenslåinger av "byggesteiner", mindre og yngre galakser som ble dannet tidligere.
Det er disse byggesteinene som kan ha gitt de første lyskildene som løftet tåken over universet og satte en stopper for den mørke alderen.
For Roser Pell ?, fra Observatoire Midi-Pyrénes (Frankrike) og medleder for teamet, “disse observasjonene viser at under utmerkede himmelforhold som ved ESOs Paranal Observatory, og ved bruk av sterke gravitasjonslinser, direkte observasjoner av fjerne galakser nær mørketiden er mulig med de beste bakkebaserte teleskopene. ”
Den andre medlederen for teamet, Daniel Schaerer fra Genève-observatoriet og universitetet (Sveits), er spent: "Denne oppdagelsen åpner for fremtidige utforskninger av de første stjernene og galakser i det tidlige universet."
Mer informasjon
Informasjonen som presenteres i denne pressemeldingen er basert på en forskningsartikkel i det europeiske forskningstidsskriftet “Astronomy & Astrophysics” (A&A, bind 416, side L35; “ISAAC / VLT-observasjoner av en linset galakse ved z = 10.0” av Roser Pell? , Daniel Schaerer, Johan Richard, Jean-Fran? Ois Le Borgne og Jean-Paul Kneib). Det er tilgjengelig på nettet på EDP-nettstedet.
Ytterligere forklaringer og bilder er tilgjengelige på forfatterenes webside, på http://obswww.unige.ch/sfr og http://webast.ast.obs-mip.fr/galaxies/
Originalkilde: ESO News Release
