Bildekreditt: ESO
Et internasjonalt team av astronomer har brukt European Southern Observatory's Very Large Telescope (VLT) for å se dypt ut i verdensrommet og se galakser som ligger 12,6 milliarder lysår unna - disse galakene blir sett da universet bare var 10% av sin nåværende alder. Få gamle galakser er funnet, og denne nye samlingen har hjulpet astronomene med å konkludere med at de er en del av en kosmisk mørketid, da lysende galakser var sjeldnere - det var mange flere bare 500 millioner år senere.
Ved bruk av ESO Very Large Telescope (VLT) har to astronomer fra Tyskland og Storbritannia [2] oppdaget noen av de fjerneste galakene som noen gang er sett. De ligger omtrent 12 600 millioner lysår unna.
Det har tatt lyset som nå er registrert av VLT omtrent ni tideler av universets alder for å krysse denne enorme avstanden. Vi observerer derfor galaksene som de var i en tid da universet var veldig ung, mindre enn omtrent 10% av sin nåværende alder. På dette tidspunktet dukket universet opp fra en lang periode kjent som "Dark Ages", og gikk inn i den lysende "kosmiske renessansen" -epoken.
I motsetning til tidligere studier som resulterte i oppdagelsen av noen få, vidt spredte galakser ved denne tidlige epoken, fant den nåværende studien minst seks avsidesliggende borgere i et lite himmelområde, mindre enn fem prosent av fullmånens størrelse! Dette tillot å forstå utviklingen av disse galaksene og hvordan de påvirker universets tilstand i ungdommen.
Spesielt konkluderer astronomene på grunnlag av deres unike data at det var betydelig færre lysende galakser i universet på dette tidlige stadiet enn 500 millioner år senere.
Det må derfor være mange mindre lysende galakser i det området som de studerte, for svakt til å bli oppdaget i denne studien. Det må være de fremdeles uidentifiserte galakser som avgir størstedelen av de energiske fotonene som trengs for å ionisere hydrogenet i universet på den tiden.
Fra Big Bang til den kosmiske renessansen
I dag er universet gjennomsyret av energisk ultrafiolett stråling, produsert av kvasarer og varme stjerner. De korte bølgelengde-fotonene frigjør elektroner fra hydrogenatomene som utgjør det diffuse intergalaktiske mediet, og det siste er derfor nesten fullstendig ionisert. Det var imidlertid en tidlig epoke i universets historie da dette ikke var slik.
Universet kom fra en varm og ekstremt tett starttilstand, den såkalte Big Bang. Astronomer mener nå at det fant sted for rundt 13 700 millioner år siden.
I løpet av de første minuttene ble enorme mengder protoner, nøytroner og elektroner produsert. Universet var så varmt at protoner og elektroner fløt fritt: Universet ble fullstendig ionisert.
Etter rundt 100 000 år hadde universet avkjølt seg til noen tusen grader, og kjernene og elektronene ble nå kombinert for å danne atomer. Kosmologer omtaler dette øyeblikket som "rekombinasjonsepoken". Mikrobølgebakgrunnen strålingen vi nå observerer fra alle retninger, skildrer tilstanden med stor ensartethet i universet på den fjerne epoken.
Dette var imidlertid også tiden da universet stupte i mørket. På den ene siden var relikvienes stråling fra den eldgamle ildkulen blitt strukket av den kosmiske ekspansjonen mot lengre bølgelengder og var derfor ikke mer i stand til å ionisere hydrogenet. Tvert imot, den ble fanget av hydrogenatomene som nettopp ble dannet. På den andre siden var det ennå ikke dannet noen stjerner eller kvasarer som kunne belyse det store rommet. Denne mørke epoken er derfor ganske rimelig kalt "Dark Ages". Observasjoner har ennå ikke klart å trenge inn i denne fjerne tidsalder - kunnskapen vår er fremdeles rudimentær og er alt basert på teoretiske beregninger.
Noen hundre millioner år senere, eller i det minste slik astronomer tror, hadde noen aller første massive gjenstander dannet seg ut av de enorme gassskyer som hadde beveget seg sammen. Den første generasjonen stjerner og, noe senere, de første galakser og kvasarer, produserte intensiv ultrafiolett stråling. Denne strålingen kunne imidlertid ikke reise veldig langt, ettersom den umiddelbart ville bli absorbert av hydrogenatomene som igjen ble ionisert i denne prosessen.
Den intergalaktiske gassen ble således igjen ionisert i stadig voksende sfærer rundt de ioniserende kildene. På et øyeblikk var disse kulene blitt så store at de overlappet fullstendig: tåken over universet hadde løftet seg!
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 beskriver det viktigste elementet i denne perioden, og kaller det også "epoken om reionisering".
Finne de fjerneste galakser med VLT
For å kaste lys over universets tilstand på slutten av den mørke alderen, er det nødvendig å oppdage og studere ekstremt fjerne (dvs. høy-rødskiftede [2]) galakser. Ulike observasjonsmetoder kan benyttes - for eksempel har det blitt funnet fjerne galakser ved hjelp av smalbåndsavbildning (f.eks. ESO PR 12/03), ved bruk av bilder som er forbedret gravitasjonsmessig av massive klynger, og også serendipitøst.
Matthew Lehnert fra MPE i Garching, Tyskland og Malcolm Bremer fra University of Bristol, Storbritannia, brukte en spesiell teknikk som utnytter endringen av de observerte fargene i en fjern galakse som er forårsaket av absorpsjon i det mellomliggende intergalaktiske mediet. Galakser ved rødskift fra 4,8 til 5,8 [2] kan bli funnet ved å se etter galakser som vises relativt lyse i rødt optisk lys og som er svake eller ikke oppdaget i det grønne lyset. Slike "brudd" i lysfordelingen av individuelle galakser gir sterke bevis på at galaksen kan være lokalisert ved høyt rødskifte og at lyset startet på sin lange reise mot oss, bare rundt 1000 millioner år etter Big Bang.
For dette brukte de først FORS2 multimodusinstrumentet på 8,2 m VLT YEPUN-teleskopet for å ta ekstremt “dype” bilder gjennom tre optiske filtre (grønn, rød og veldig rød) av et lite himmelområde (40 kvadrat arcmin) , eller omtrent 5 prosent størrelsen på fullmåne). Disse bildene avslørte rundt 20 galakser med store brudd mellom de grønne og røde filtrene, og antydet at de befant seg ved høy rødskift. Spektra av disse galaksene ble deretter oppnådd med det samme instrumentet for å måle deres sanne rødskift.
"Nøkkelen til suksessen med disse observasjonene var bruken av den flotte nye rødforsterkede detektoren som er tilgjengelig på FORS2," sier Malcolm Bremer.
Spektrene indikerte at seks galakser er lokalisert i avstander som tilsvarer rødskift mellom 4,8 og 5,8; andre galakser var nærmere. Overraskende, og til glede for astronomene, ble en utslippslinje sett i en annen svak galakse som ble observert ved en tilfeldighet (det skjedde til å ligge i en av FORS2-spaltene) som muligens kan ligge enda lenger unna, ved en rødforskyvning av 6.6. Hvis dette ville bli bekreftet av påfølgende mer detaljerte observasjoner, ville den galaksen være en utfordrer til gullmedaljen som den fjerneste kjent!
De tidligste kjente galakser
Spektrene avslørte at disse galaksene aktivt danner stjerner og sannsynligvis ikke er eldre enn 100 millioner år, kanskje enda yngre. Antallet og den observerte lysstyrken antyder imidlertid at lysende galakser ved disse rødskiftene er færre og mindre lysende enn tilsvarende utvalgte galakser nærmere oss.
"Våre funn viser at det kombinerte ultrafiolette lyset fra de oppdagede galakser ikke er tilstrekkelig til å fullstendig ionisere den omliggende gassen," forklarer Malcom Bremer. “Dette fører oss til konklusjonen at det må være mange flere mindre og mindre lysende galakser i det området vi studerte, for svakt til å bli oppdaget på denne måten. Det må være disse fremdeles usettede galakene som avgir størstedelen av de energiske fotonene som er nødvendige for å ionisere hydrogenet i universet. ”
"Det neste trinnet vil være å bruke VLT for å finne flere og svakere galakser ved enda høyere rødskift," legger Matthew Lehnert til. "Med en større prøve av slike fjerne objekter, kan vi da få innsikt i deres natur og variasjonen av deres tetthet på himmelen."
En britisk premiere
Observasjonene som er presentert her er blant de første store funnene fra britiske forskere siden Storbritannia ble medlem av ESO i juli 2002. Richard Wade fra Particle Physics and Astronomy Research Council (PPARC), som finansierer Storbritannias abonnement på ESO, er veldig fornøyd : "Ved tiltredelse av European Southern Observatory har britiske astronomer fått tilgang til verdensledende fasiliteter, for eksempel VLT. Disse spennende nye resultatene, som jeg er sikker på at det vil komme mange flere, illustrerer hvordan britiske astronomer bidrar med banebrytende funn. "
Mer informasjon
Resultatene beskrevet i denne pressemeldingen er i ferd med å vises i forskningstidsskriftet Astrophysical Journal (”Luminous Lyman Break Galaxies at z> 5 and the Source of Reionization” av M. D. Lehnert og M. Bremer). Det er tilgjengelig elektronisk som astro-ph / 0212431.
Merknader
[1]: Dette er en koordinert pressemelding fra ESO / PPARC. PPARC-versjonen av utgivelsen finner du her.
[2]: Dette arbeidet ble utført av Malcolm Bremer (University of Bristol, Storbritannia) og Matthew Lehnert (Max-Planck-Institut f? R Extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland).
[3]: De målte rødskiftene til galaksenes i Bremer Deep Field er z = 4,8-5,8, med en uventet (og overraskende) rødskift på 6,6. I astronomi betegner rødskiftet brøkdelen som linjene i et objekts spektrum forskyves mot lengre bølgelengder. Den observerte rødskiftet til en avsidesliggende galakse gir et estimat over avstanden. Avstandene som er indikert i denne teksten, er basert på en tidsalder på universet på 13,7 milliarder år. Ved den indikerte rødforskyvningen observeres Lyman-alpha-linjen med atomisk hydrogen (hvilebølgelengde 121.6 nm) ved 680 til 920 nm, dvs. i det røde spektrale området.
Originalkilde: ESO News Release
