Komunikat prasowy

Przedzieranie się przez kosmiczną mgłę

Najdalsza zmierzona galaktyka

20 października 2010

Europejski zespół astronomów korzystający z należącego do ESO Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) zmierzył odległość do najodleglejszej galaktyki. Dzięki starannej analizie bardzo słabego światła od galaktyki naukowcy ustalili, że widzą obiekt w czasie kiedy Wszechświat miał zaledwie 600 milionów lat (redshift 8,6). Są to pierwsze potwierdzone obserwacje galaktyki, której światło przedarło się przez otaczającą mgłę złożoną z wodoru wypełniającego kosmos w tym jego wczesnym stadium. Wyniki badań ukażą się 21 października w czasopiśmie „Nature”.

„Korzystając z Bardzo Dużego Teleskopu VLT potwierdziliśmy, że galaktyka dostrzeżona wcześniej za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a jest najdalszym obiektem zidentyfikowanym jak dotąd we Wszechświecie” [1] mówi Matt Lehnert (Observatoire de Paris), który jest głównym autorem publikacji opisującej wyniki badań. „Siła VLT i jego spektrografu SINFONI pozwoliła nam na zmierzenie odległości do tej bardzo słabej galaktyki i okazało się, że widzimy ją  w momencie gdy Wszechświat miał mniej niż 600 milionów lat.”

Badania pierwszych galaktyk są niezmiernie trudne. Zanim ich początkowo jasne światło dotrze do Ziemi, wydają się bardzo małe i słabe. Co więcej, osłabione światło wpada w większości w podczerwoną część widma, ponieważ jego fale zostały rozciągnięte przez ekspansję Wszechświata – efekt znany jako poczerwienienie. Aby było jeszcze trudniej, w tych wczesnych czasach, mniej niż miliard lat po Wielkim Wybuchu, Wszechświat nie był w pełni przezroczysty, a jego większość wypełniała mgła wodorowa, która absorbowała światło ultrafioletowe od młodych galaktyk. Okres, w którym mgła była czyszczona przez promieniowanie ultrafioletowe zwany jest erą rejonizacji [2]. Pomimo tych trudności nowa kamera Wide Field Camera 3 na Kosmicznych Teleskopie Hubble’a, operowanym przez NASA/ESA, odkryła w 2009 r. [3] kilka obiektów, które być może są galaktykami świecącymi w czasie ery rejonizacji. Potwierdzenie odległości do tak słabych i dalekich obiektów jest olbrzymim wyzwaniem i może zostać wiarygodnie wykonane tylko za pomocą spektroskopii z bardzo dużych teleskopów naziemnych [4] poprzez mierzenie przesunięcia światła galaktyk w czerwoną stronę widma.

Matt Lehnert opowiada: „Po ogłoszeniu przez HST kandydatek na odległe galaktyki wykonaliśmy szybkie obliczenia i byliśmy bardzo podekscytowani, gdy okazało się, że ogromna siła zbierania światła przez VLT, w połączeniu z czułością podczerwonego instrumentu spektroskopowego SINFONI oraz z bardzo długim czasem ekspozycji, mogą pozwolić na wykrycie ekstremalnie słabego blasku od jednej z tych odległych galaktyk i zmierzenie jej odległości.”

Na specjalne życzenie skierowane do Dyrektora Generalnego ESO uzyskali czas na VLT i przez 16 godzin obserwowali galaktykę-kandydatkę zwaną UDFy-38135539 [5]. Po dwóch miesiącach bardzo dokładnych analiz i sprawdzania otrzymanych wyników, zespół stwierdził, że wykrył bardzo słabą poświatę od wodoru na redshifcie 8,6, co czyni galaktykę najodleglejszą potwierdzoną spektroskopowo w historii. Redshift z=8,6 oznacza, że galaktyka jest widziana zaledwie 600 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Współautor Nicole Nesvadba (Institut d’Astrophysique Spatiale) podsumowuje wykonaną pracę, „Mierzenie redshiftu do najodleglejszej galaktyki jest samo w sobie bardzo ekscytujące, ale astrofizyczne implikacje tego odkrycia są znacznie ważniejsze. Po raz pierwszy mamy pewność, że oglądamy jedną z galaktyk, które przebiły się przez mgłę, która wypełniała wczesny Wszechświat”

Jednym z zaskakujących faktów związanych z tym odkryciem jest to, że blask UDFy-38135539 nie wydaje się być wystarczająco silny do samodzielnego wyczyszczenia mgły wodorowej. „Muszą być inne galaktyki, przypuszczalnie słabsze i mniej masywne sąsiadki UDFy-38135539, które także pomogły w uczynieniu przestrzeni wokół galaktyki przezroczystą. Bez tej dodatkowej pomocy światło od galaktyki, nie ważne jak jasnej, zostałoby uwięzione w otaczającej mgle wodorowej i nie bylibyśmy w stanie go wykryć” wyjaśnia współautor Mark Swinbank (University of Durham).

Inny współautor, Jean-Gabriel Cuby (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille), zauważa: „Badania ery rejonizacji i formowania galaktyk wykorzystuje możliwości współczesnych teleskopów i instrumentów do maksimum, ale będą to rutynowe badania naukowe gdy pracę rozpocznie Ogromnie Wielki Teleskop Europejski (E-ELT), który będzie największym optycznym i podczerwonym teleskopem na świecie.”

Uwagi

[1] Wcześniejsze wyniki ESO (eso0405) raportowały odleglejszy obiekt (redshift 10), ale późniejsze badania nie odnalazły w tym miejscu obiektu o podobnej jasności, a nowsze obserwacje z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a były nieprzekonywujące. Identyfikacja tego obiektu jako galaktyki o bardzo dużym redshifcie nie jest już dłużej uznawana przez większość astronomów jako prawidłowa.

[2] Gdy Wszechświat ochłodził się po Wielkim Wybuchu, około 13,7 miliarda lat temu, elektrony i protony uległy rekombinacji formując gaz wodorowy. Ten chłodny, ciemny gaz był głównym składnikiem Wszechświata podczas tak zwanych Wieków Ciemnych, gdy nie było świecących obiektów. Faza ta skończyła się gdy uformowały się pierwsze gwiazdy, a ich intensywne promieniowanie ultrafioletowe powoli uczyniło mgłę wodorową ponownie przezroczystą poprzez rozdzielenie atomów wodoru z powrotem na elektrony i protony w procesie zwanym rejonizacją. Ta epoka we wczesnej historii Wszechświata trwała od około 150 milionów do 800 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Zrozumienia w jaki sposób nastąpiła rejonizacja i jak uformowały się pierwsze galaktyki jest jednym z największych wyzwań współczesnej kosmologii.

[3] Obserwacje z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a opisane są na stronie: http://www.spacetelescope.org/news/heic1001/

[4] Astronomowie mają dwie metody ustalania odległości do najdalszych galaktyk. Mogą wykonać bardzo głębokie zdjęcia poprzez różnokolorowe filtry i zmierzyć jasność wielu obiektów na różnych długościach fali. Następnie porównują wyniki z przewidywanymi dla galaktyk różnych typów i w różnych okresach historii Wszechświata. To jedyny obecnie dostępny sposób na odkrycie tych słabych galaktyk i taka technika została zastosowana przez zespół Kosmicznego Teleskopu Hubble'a. Ale metoda ta nie zawsze jest wiarygodna. Na przykład to co wydaje się słabą, bardzo odległą galaktyką, może czasem okazać się zwykłą, chłodną gwiazdę w naszej Drodze Mlecznej.

Gdy znalezione zostają kandydatki na odległe galaktyki, potrzebne są bardziej wiarygodne oszacowania odległości (mierzonej jako redshift), które można uzyskać rozdzielając światło obiektów na jego składowe w poszczególnych barwach i poszukując oznak zdradzających emisję od wodoru lub innych pierwiastków w galaktyce. To spektroskopowe podejście jest jedynym, w którym astronomowie mogą uzyskać najbardziej wiarygodne i dokładne pomiary odległości.

[5] Dziwna nazwa wskazuje, że została znaleziona w Bardzo Głębokim Polu, a numer podaje jej dokładną pozycję na niebie.

Więcej informacji

Wyniki badań zostały opisane w artykule Spectroscopic confirmation of a galaxy at redshift z=8.6, Lehnert et al., który ukaże się w Nature w wydaniu z 21 października 2010 r.

Skład zespołu naukowców: M. D. Lehnert (Observatoire de Paris – Laboratoire GEPI / CNRS-INSU / Université Paris Diderot, France), N. P. H. Nesvadba (Institut d’Astrophysique Spatiale / CNRS-INSU / Université Paris-Sud, France), J.-G.Cuby (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille / CNRS-INSU / Université de Provence, France), A. M. Swinbank (University of Durham, UK), S. Morris (University of Durham, UK), B. Clément (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille / CNRS-INSU / Université de Provence, France), C. J. Evans (UK Astronomy Technology Centre, Edinburgh, UK), M. N. Bremer (University of Bristol, UK) and S. Basa (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille / CNRS-INSU / Université de Provence, France).

ESO, Europejskie Obserwatorium Południowe, jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Należy do niego 14 krajów: Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada Bardzo Duży Teleskop (Very Large Telescope), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz teleskop VISTA, największy na świecie instrument do przeglądów nieba. ESO jest europejskim partnerem dla rewolucyjnego teleskopu ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. ESO planuje obecnie 42-metrowy Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope - E-ELT), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Linki

• Publikacja naukowa w Nature
• Więcej na temat rejonizacji
• Symulacje rejonizacji wykonane przez Marcelo Alvareza

Kontakt

Matthew Lehnert
Observatoire de Paris
France
Tel.: +33 1 45 07 76 11
E-mail: matthew.lehnert@obspm.fr

Nicole Nesvadba
Institut d'Astrophysique Spatiale
Tel.: +33 1 69 15 36 54
Tel. kom.: +33 6 28 28 14 26
E-mail: nicole.nesvadba@ias.u-psud.fr

Mark Swinbank
Durham University
United Kingdom
Tel.: +44 191 334 3786
Tel. kom.: +44 7920 727 126
E-mail: a.m.swinbank@durham.ac.uk

Douglas Pierce-Price
ESO Public Information Officer
Garching, Germany
Tel.: +49 89 3200 6759
E-mail: dpiercep@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych