Снажни телескоп Субару на Хавајима пронашао је најудаљенију галаксију коју је икада видео, а налази се на удаљености од 12,88 милијарди светлосних година - ово је само 780 милиона година после Великог праска. Посматрање објеката са ове удаљености изузетно је тешко, не само због великих удаљености, већ и због тога што је велики део Универзума био затамњен иза неутралног водоника. Звезде су тек тада почеле да чисте овај неутрални водоник, чинећи Универзум транспарентним.
Астрономи који користе телескоп Субару на Хавајима погледали су 60 милиона година уназад од било којег другог астронома да би пронашли најудаљенију познату галаксију у свемиру. На тај начин подржавају Субаруов рекорд у проналажењу најудаљенијих и најранијих галаксија познатих. Њихово последње откриће је галаксије зване И0К-1 која лежи толико далеко да је астрономи виде као што се појавила пре 12,88 милијарди година.
Ово откриће, засновано на запажањима Масанори Иие из Јапанског националног астрономског опсерваторија (НАОЈ), Казуаки Ота са Универзитета у Токију, Нобунари Касхикава из НАОЈ-а и других указује да су галаксије постојале само 780 милиона година након што је свемир настао пре око 13,66 милијарди година као топла супа од елементарних честица.
Да би открили светлост из ове галаксије, астрономи су користили Субару-камеру Субриме-Цам телескопа Субару опремљеног специјалним филтером за тражење удаљених галаксија кандидата. Они су пронашли 41.533 објекта, а од оних су идентификовали две кандидати галаксије за даље проучавање помоћу камере слабог објекта и спектрографа (ФОЦАС) на Субару. Открили су да ИОК-1, светлији од њих две, има црвени помак од 6.964, што потврђује раздаљину од 12,88 милијарди светлосних година.
Ово откриће изазива астрономе да тачно утврде шта се догодило између 780 и 840 милиона година после Великог праска. ИОК-1 је једна од само две галаксије у новој студији која би могла припадати овој далекој епохи. С обзиром на број галаксија који су откривени током 840 милиона година након Великог праска, истраживачки тим је очекивао да ће на овој раздаљини пронаћи чак шест галаксија. Упоредна реткост објеката као што је ИОК-1, значи да се свемир морао променити током 60 милиона година који раздвајају две епохе.
Најузбудљивија интерпретација онога што се догодило је да видимо догађај познат астрономима као реионизацију универзума. У овом случају, 780 милиона година након Великог праска, свемир је још увек имао довољно неутралног водоника да блокира наш поглед на младе галаксије апсорбујући светлост коју производе њихове вруће младе звезде. Шездесет милиона година касније било је довољно врућих младих звезда да ионизирају преостали неутрални водоник, чинећи свемир прозирним и омогућавајући нам да видимо њихове звезде.
Друга интерпретација резултата каже да је постојало мање великих и светлих младих галаксија 780 милиона година након Великог праска него 60 милиона година касније. У овом случају би се већина рејонизације десила пре 12,88 милијарди година.
Без обзира која интерпретација коначно преовладава, откриће сигнализира да астрономи сада ископавају светлост из „мрачног века“ универзума. Ово је епоха када су настале прве генерације звезда и галаксија и епоха коју астрономи до сада нису могли да примете.
ОСНОВНЕ ИНФОРМАЦИЈЕ:
Археологија раног свемира помоћу посебних филтера
Новорођене галаксије садрже звезде са широким распоном маса. Теже звезде имају веће температуре и емитују ултраљубичасто зрачење које загрева и јонизује гас у близини. Како се гас хлади, он зрачи вишком енергије тако да се може вратити у неутрално стање. У овом процесу, водоник ће увек емитирати светлост на 121,6 нанометра, званој Лиман-алфа линија. Свака галаксија са много врућих звезда требало би да сјајно сија на овој таласној дужини. Ако звезде формирају све одједном, најсјајније звезде би могле да производе емисију Лиман-алфа за 10 до 100 милиона година.
Да би проучавали галаксије попут ИОК-1 које постоје у раним временима свемира, астрономи морају да претраже Лиман-алфа светлост која се растеже и премешта на дуже таласне дужине како се универзум шири. Међутим, на таласним дужинама дужим од 700 нанометара, астрономи морају да се баве емисијама предњег дела молекула ОХ у Земљиној атмосфери које ометају слабе емисије из удаљених објеката.
Да би открио слабу светлост из далеких галаксија, истраживачки тим је посматрао таласне дужине у којима атмосфера Земље не светли много, кроз прозоре на 711, 816 и 921 нанометар. Ови прозори одговарају црвено измењеној емисији Лиман-алфа из галаксија са црвеним помацима 4,8, 5,7, и 6,6. Ови бројеви указују на то колико је свемир мањи у односу на сада, и одговарају 1,26 милијарди година, 1,01 милијарди година и 840 милиона година после Великог праска. То је попут обављања археологије раног свемира са посебним филтерима који научницима омогућавају да виде различите слојеве ископа.
Да би постигли своје спектакуларне нове резултате, тим је морао да развије филтер осјетљив на свјетлост таласне дужине само око 973 нанометара, што одговара емисији Лиман алфа при црвеном помицању од 7,0. Ова таласна дужина је на граници савремених ЦЦД уређаја, који губе осетљивост на таласним дужинама већим од 1000 нанометара. Овај својеврсни филтер, назван НБ973, користи вишеслојну технологију наношења слојева, а за развој су му биле потребне више од две године. Не само да је филтер морао да прође светлост таласне дужине само око 973 нанометра, већ је морао равномерно да обухвати цело видно поље главног фокуса телескопа. Тим је сарађивао са компанијом, Асахи Спецтра Цо.Лтд, на дизајнирању прототипског филтера који би се користио са Субаруовом фотоапаратом Фаинт Објецт, а затим је то искуство применио на прављењу филтера за Суприме-Цам.
Тхе Обсерватион
Проматрања са НБ973 филтером десила су се у прољеће 2005. Након више од 15 сати времена излагања, добијени подаци достижу граничну магнитуду од 24,9. На овој слици је било 41.533 објекта, али упоређивање са сликама снимљеним на другим таласним дужинама показало је да су само два објекта светла само на слици НБ973. Тим је закључио да само та два објекта могу бити галаксије у црвеном помаку од 7,0. Следећи корак је био да се потврди идентитет два објекта, ИОК-1 и ИОК-2, а тим их је посматрао помоћу камере слабог објекта и спектрографа (ФОЦАС) на телескопу Субару. Након 8,5 сати излагања, тим је успео да добије спектар емисионе линије од светлијих два објекта, ИОК-1. Његов спектар показао је асиметрични профил карактеристичан за емисију Лиман-алфа из далеке галаксије. Емисијска линија усредсређена је на таласној дужини од 968,2 нанометра (црвено померање 6.964), што одговара удаљености од 12,88 милијарди светлосних година и времену од 780 милиона година после Великог праска.
Идентитет галаксије другог кандидата
Три сата времена осматрања нису дала никакав коначан резултат за утврђивање природе ИОК-2. Од тада је истраживачки тим добио више података који се сада анализирају. Могуће је да ИОК-2 може бити друга удаљена галаксија, или то може бити објект са променљивом светлошћу. На пример, галаксија са суперновом или црном рупом која активно гута материјал који се управо појавио током светлости са НБ973 филтром. (Запажања у другим филтерима вршена су једну до две године раније.)
Дубинско поље Субару
Телескоп Субару посебно је погодан за претрагу најудаљенијих галаксија. Од свих телескопа од 8 до 10 метара на свету, једини је који има могућност постављања камере у главном фокусу. Главни фокус на врху телескопске цеви има предност широког видног поља. Као резултат тога, Субару тренутно доминира на листи најудаљенијих познатих галаксија. Многи од њих налазе се у небеском региону у правцу сазвежђа Цома Береницес названог Субару Дубоко поље које је истраживачки тим одабрао за интензивно проучавање на многим таласним дужинама.
Рана историја универзума и формирање првих галаксија
Да бисте ово Субару остварење ставили у контекст, важно је прегледати шта знамо о историји раног универзума. Свемир је започео Великим праском, који се догодио пре око 13,66 милијарди година у ватреном хаосу екстремних температура и притиска. У прве три минуте, свемир новорођенчади брзо се проширио и охладио, производећи језгре светлосних елемената као што су водоник и хелијум, али врло мало језгара тежих елемената. У 380.000 година ствари су се охладиле на температуру од око 3.000 степени. У том тренутку, електрони и протони би се могли комбиновати да би формирали неутрални водоник.
Са електронима који су сада везани за атомска језгра, светлост може да путује кроз свемир, а да их електрони не распршују. Ми заправо можемо открити светлост која је тада прожимала свемир. Међутим, због времена и удаљености, он се протезао за фактор 1.000, испуњавајући свемир зрачењем које детектирамо као микроталасне пећнице (зване Козмичка микроталасна позадина). Свемирска летјелица Вилкинсон Мицроваве Анисотропи Пробе (ВМАП) проучавала је ово зрачење и његови подаци су астрономима омогућили да израчунају старост свемира на око 13,66 милијарди година. Поред тога, ови подаци имплицирају постојање таквих ствари као што су тамна материја и још енигматичнија тамна енергија.
Астрономи мисле да се током првих неколико стотина милиона година након Великог праска, свемир наставио хладити и да се прва генерација звезда и галаксија формирала у најгушћим регионима материје и тамне материје. Овај период је познат као "мрачно доба" универзума. Још нема директних запажања о тим догађајима, па астрономи користе компјутерске симулације да би повезали теоријска предвиђања и постојеће опсервационе доказе да би разумели формирање првих звезда и галаксија.
Једном када се роде сјајне звезде, њихово ултраљубичасто зрачење може ионизовати оближње атоме водоника раздвајајући их назад у одвојене електроне и протоне. У неком тренутку било је довољно светлих звезда које су ионизовале скоро сав неутрални водоник у свемиру. Овај процес се назива рејонизација универзума. Епоха рејонизације сигнализира крај мрачног века универзума. Данас је већина водоника у простору између галаксија јонизована.
Утврђивање епохе реионизације
Астрономи су проценили да се реионизација догодила негде између 290 до 910 милиона година након рођења свемира. Утврђивање почетка и краја епохе реионизације један је од важних корака за разумевање како се универзум развија, и представља подручје интензивног проучавања космологије и астрофизике.
Чини се да док гледамо даље у прошлост, галаксије су све рјеђе и рјеђе. Број галаксија са црвеним помаком од 7.0 (што одговара времену око 780 милиона година после Великог праска) изгледа мањи од оног који астрономи виде у црвеном померању од 6,6 (што одговара времену око 840 милиона година после Великог праска) . Будући да је број познатих галаксија на црвеном померању од 7.0 још увек мали (само један!), Тешко је извршити робусне статистичке поређења. Међутим, могуће је да је смањење броја галаксија код већег црвеног померања последица присуства неутралног водоника који апсорбује емисију Лиман-алфа из галаксија на већој црвеној промени. Ако даљња истраживања могу потврдити да се бројна густина сличних галаксија смањује између црвеног помака од 6,6 и 7,0, то може значити да је ИОК-1 постојао током епохе реионизације свемира.
Ови резултати биће објављени у часопису Натуре, 14. септембра 2006.
Изворни извор: Субару Невс Релеасе
