Кредитна слика: ЕСО
Тим астронома са седиштем на Хавајима открио је далеку галаксију удаљену 12,8 милијарди светлосних година што нам показује како је изгледао Универзум када је имао само 900 милиона година. Пронашли су галаксију помоћу посебне камере инсталиране на телескопу Канада-Француска-Хаваји који тражи удаљене објекте у врло специфичној фреквенцији светлости. Откривањем ове галаксије, која се налази у сазвежђу Цетуса, тик близу звезде Мире, тим је развио нову методологију откривања удаљених објеката која би требала помоћи будућим посматрачима да још више погледају у прошлост.
Помоћу побољшаних телескопа и инструмената постају могућа запажања изузетно удаљених и слабих галаксија које су донедавно биле снове астронома.
Један такав објекат пронашао је тим астронома [2] са камером широког поља инсталираном на телескопу Канада-Француска-Хаваји у Мауна Кеа (Хаваји, САД), током потраге за екстремно далеким галаксијама. Означен "з6ВДФ Ј022803-041618", откривен је због своје необичне боје, видљив је само на сликама добијеним посебним специјалним оптичким филтером који изолира светло у уском, инфрацрвеном опсегу.
Следећи спектар овог објекта са ФОРС2 мулти-моде инструментом на ЕСО Вери Ларге Телесцопе (ВЛТ) потврдио је да се ради о веома удаљеној галаксији (црвени помак је 6.17 [3]). То се види како је било када је Универзум био стар само око 900 милиона година.
з6ВДФ Ј022803-041618 једна је од најудаљенијих галаксија за коју су до сада добијени спектри. Занимљиво је да је откривен због светлости коју емитују његове масивне звезде, а не, како се првобитно очекивало, од емисије гасовог водоника.
Кратка историја раног Универзума
Већина научника се слаже да је Универзум настао из врућег и изузетно густог почетног стања у Великом праску. Последња запажања указују да се овај пресудни догађај догодио пре око 13.700 милиона година.
Током првих неколико минута произведене су огромне количине језгара водоника и хелијума са протонима и неутронима. Било је и пуно слободних електрона и током следеће епохе бројни фотони су се распршили из ових и атомских језгара. У овој фази, Универзум је био потпуно непрозиран.
После неких 100.000 година, Универзум се охладио на неколико хиљада степени, а језгра и електрони су сада комбиновани да би формирали атоме. Фотони се тада више нису расули од њих и Универзум је одједном постао транспарентан. Козмолози овај тренутак називају "епохом рекомбинације". Микроталасно позадинско зрачење које сада посматрамо из свих праваца приказује стање велике једнолике у Универзуму у тој далекој епохи.
У следећој фази, примарни атоми - од којих је више од 99% било водоника и хелијума - померали су се заједно и почели да формирају огромне облаке из којих ће касније изаћи звезде и галаксије. Прва генерација звезда и, нешто касније, прве галаксије и квазари [4], произвели су интензивно ултраљубичасто зрачење. Међутим, то зрачење није путовало далеко, упркос чињеници да је Универзум одавно постао транспарентан. То је зато што би ултраљубичасти (кратки таласни) фотони одмах апсорбовали атоме водоника, „избацујући“ електроне са тих атома, док би фотони дужих таласних дужина могли да путују много даље. Интергалактички гас је опет постао јонизован у стално растућим сферама око извора јонизације.
У једном тренутку ове су сфере постале толико велике да су се потпуно преклапале; ово се назива "епохом рејонизације". До тада, ултраљубичасто зрачење су апсорбовали атоми, али сада је и Универзум постао транспарентан. Пре тога, ултраљубичасто светло са тих првих звезда и галаксија није се могло видети на великим даљинама, али сада се Универзум одједном препун светлих објеката. Из тог разлога се временски интервал између епоха „рекомбинације“ и „рејонизације“ назива „мрачним веком“.
Када је био крај "мрачног доба"?
Тачна епоха рејонизације је предмет активне расправе међу астрономима, али недавни резултати посматрања из земље и простора показују да је "мрачно доба" трајало неколико стотина милиона година. Сада су у току различити истраживачки програми који покушавају да утврде боље када се ти рани догађаји десили. За то је потребно пронаћи и детаљно проучити најраније, а самим тим и најудаљеније објекте у Универзуму - а ово је веома захтевно посматрачко настојање.
Светлост је пригушена квадратом удаљености и што даље гледамо у простор да посматрамо предмет - и самим тим, што се временом враћамо назад - оно се све слабије појављује. Истовремено, његово пригушено светло се премешта према црвеном подручју спектра због ширења Универзума - што је већа удаљеност, већи је опажени црвени помак [3].
Емисиона линија Лиман-алфа
Са земаљским телескопима, најнижа ограничења детекције постижу се посматрањем у видљивом делу спектра. Откривање веома удаљених објеката стога захтева посматрање ултраљубичастог спектралног потписа који је премештен у видљиво подручје. Нормално, астрономи за то користе црвено измењену спектралну линију емисије Лиман-алфа са таласном дужином одмора 121,6 нм; одговара фотонима које емитују атоми водоника када се пребаце из побуђеног у основно стање.
Један очигледан начин претраживања најудаљенијих галаксија је, дакле, тражење Лиман-алфа емисије на најцрњи (најдужи) могућих таласних дужина. Што је таласна дужина посматране Лиман-алфа линије већа, то је црвено померање и растојање, а што је ранија епоха у којој видимо галаксију и што се ближи тренутак који је означио крај "Мрачног века “.
ЦЦД детектори који се користе у астрономским инструментима (као и у комерцијалним дигиталним фотоапаратима) осетљиви су на светлост таласних дужина до око 1000 нм (1? М), тј. У веома блиском инфрацрвеном спектралном подручју, ван црвеног светла које може да их људско око опази на око 700-750 нм.
Светло ноћно небо близу инфрацрвеног светла
Међутим, постоји још један проблем ове врсте рада. Потрага за слабом емисијом Лиман-алфе из далеких галаксија компликована је чињеницом да земаљска атмосфера - кроз коју морају гледати сви земаљски телескопи - такође емитује светлост. То се нарочито односи на црвени и инфрацрвени део спектра, где стотине дискретних линија емисије потичу од хидроксилног молекула (ОХ радикал) који је присутан у горњој земаљској атмосфери на надморској висини од око 80 км (види ПР Фото 13а / 03).
Ова снажна емисија коју астрономи називају „позадином неба“ одговорна је за границу нејасности на којој се небески објекти могу детектирати помоћу земаљских телескопа при блиским инфрацрвеним таласним дужинама. Међутим, постоје, на срећу, спектрални интервали „ниске ОХ-позадине“, где су ове емисионе линије много слабије, па омогућују границу детекције слабијег стања од земаљских посматрања. Два таква „прозора тамног неба“ су видљива у ПР Пхото 13а / 03 близу таласних дужина 820 и 920 нм.
Имајући у виду ове аспекте, обећавајући начин ефикасног тражења најудаљенијих галаксија је, дакле, посматрање на таласним дужинама близу 920 нм помоћу ускопојасног оптичког филтра. Прилагођавање спектралне ширине овог филтера на око 10 нм омогућава детекцију што више светлости са небеских објеката када је емитирано у спектралној линији која одговара филтру, истовремено минимизирајући негативни утицај емисије неба.
Другим речима, са највише светлости сакупљеном од удаљених објеката и најмање узнемирујуће светлости из земаљске атмосфере, шансе за откривање тих удаљених објеката су оптималне. Астрономи говоре о „максималном контрасту“ објеката који приказују емисионе линије на овој таласној дужини.
Програм за претрагу ЦФХТ
На основу горе наведених разматрања, међународни тим астронома [2] инсталирао је ускопојасни оптички филтер усредсређен на близу инфрацрвену таласну дужину 920 нм на инструменту ЦФХ12К на телескопу Канада-Француска-Хаваји на Мауна Кеа (Хаваји, САД) у потрази за екстремно далеким галаксијама. ЦФХ12К је камера широког поља која се користи у главном фокусу ЦФХТ-а и омогућава видно поље од прибл. 30 к 40 арцмин2, нешто већи од пуног месеца [5].
Упоређујући слике истог небеског поља снимљене кроз различите филтере, астрономи су могли да идентификују објекте који се на слици НБ920 приказују релативно „светли“ и „бледе“ (или чак нису видљиви) у одговарајућим сликама добијеним преко других филтера . Упечатљив пример приказан је на ПР Пхото 13б / 03 - објект у центру је добро видљив на слици 920нм, али не и на осталим сликама.
Највјероватније објашњење објекта са тако необичном бојом је да је то врло удаљена галаксија за коју је посматрана таласна дужина јаке линије емисије Лиман-алфа близу 920 нм, услед црвеног померања. Свака светлост коју емитује галаксија таласним дужинама краћим од Лиман-алфе снажно се апсорбује интервенирајући међузвездни и интергалактични гас водоника; то је разлог што објект није видљив у свим осталим филтерима.
ВЛТ спектар
Да би се научила права природа овог објекта, потребно је извршити спектроскопско праћење, посматрајући његов спектар. Ово је постигнуто помоћу мулти-мода ФОРС 2 инструмента на 8,2-метарском ВЛТ ИЕПУН телескопу у ЕСО Паранал опсерватори. Овај објекат пружа савршену комбинацију умерене спектралне разлучивости и велике осетљивости у црвеном за ову врсту веома захтевног посматрања. Добијени (слаби) спектар приказан је у ПР Пхото 13ц / 03.
ПР Пхото 13д / 03 приказује тражење коначног („очишћеног“) спектра објекта након вађења из слике приказане у ПР Пхото 13ц / 03. Једна широка линија емисије је јасно детектирана (лево од центра; увећана у уметак). Асиметрична је, притиснута на плавој (левој) страни. Ово, у комбинацији са чињеницом да се лево од линије не детектује континуална светлост, јасан је спектрални потпис Лиман-алфа линије: фотони „плавији“ од Лиман-алфе јако апсорбују гас присутан у самој галаксији. , и у интергалактичком медијуму дуж видне линије између Земље и објекта.
Спектроскопска опажања су стога омогућила астрономима да недвосмислено идентификују ову линију као Лиман-алфа, и према томе потврде велику удаљеност (велики црвени помак) овог одређеног објекта. Измјерено црвено помицање је 6,17, што овај објект чини једном од најудаљенијих галаксија икада откривених. Добио је ознаку "з6ВДФ Ј022803-041618" - први део овог помало неугледног назива односи се на истраживање, а други показује положај ове галаксије на небу.
Звездано светло у раном Универзуму
Међутим, ова запажања нису прошла без изненађења! Астрономи су се надали (и очекивали) да ће открити линију Лиман-алфа из објекта у центру спектралног прозора од 920 нм. Међутим, док је пронађена Лиман-алфа линија, она је била постављена на нешто краћој таласној дужини.
Дакле, није емисија Лиман-алфа узроковала да ова галаксија буде „светла“ на слици уског опсега (НБ920), већ „континуум“ емисије на таласним дужинама дужим од таласних Лиман-алфа. Ово зрачење је врло слабо видљиво као хоризонтална, дифузна линија на ПР Пхото 13ц / 03.
Једна последица је да је измерени црвени помак од 6,17 нижи од првобитно предвиђеног црвеног померања од око 6,5. Друго је да је з6ВДФ Ј022803-041618 детектован светлошћу његових масивних звезда („континуум“), а не емисијом гасова водоника (Лиман-алфа линија).
Овај занимљиви закључак посебно је занимљив јер показује да је у принципу могуће детектирати галаксије на тако огромној удаљености без потребе за ослањањем на линију емисије Лиман-алфа, која можда није увек присутна у спектрима удаљених галаксија. Ово ће астрономима пружити потпунију слику популације галаксија у раном Универзуму.
Штавише, посматрање све више и више тих далеких галаксија помоћи ће да боље схватимо стање јонизације Универзума у овом добу: ултраљубичасто светло које емитују ове галаксије не би требало да нас досегне у „неутралном“ Универзуму, тј. Пре него што се догодила рејонизација. . Сада је лов на више таквих галаксија како би се разјаснило како се догодио прелаз из мрачног доба!
Изворни извор: ЕСО Невс Релеасе
