Πίστωση εικόνας: ESO
Χρησιμοποιώντας το όργανο εγγύς υπέρυθρο ISAAC στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο της ESO, και το φαινόμενο μεγέθυνσης ενός βαρυτικού φακού, μια ομάδα Γάλλων και Ελβετών αστρονόμων [2] βρήκε αρκετούς αμυδρούς γαλαξίες που πιστεύεται ότι είναι οι πιο απομακρυσμένοι γνωστοί.
Περαιτέρω φασματοσκοπικές μελέτες ενός από αυτούς τους υποψηφίους έχουν παράσχει μια ισχυρή υπόθεση για αυτό που είναι τώρα ο νέος κάτοχος του ρεκόρ –και μακράν– του πιο μακρινού γαλαξία που είναι γνωστός στο Σύμπαν.
Ονομάστηκε Abell 1835 IR1916, ο γαλαξίας που ανακαλύφθηκε πρόσφατα έχει ερυθρή μετατόπιση 10 [3] και βρίσκεται περίπου 13.230 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Επομένως, φαίνεται σε μια εποχή που το Σύμπαν ήταν μόλις 470 εκατομμύρια χρόνια νέος, δηλαδή μόλις το 3 τοις εκατό της τρέχουσας ηλικίας του.
Αυτός ο αρχέγονος γαλαξίας φαίνεται να έχει δέκα χιλιάδες φορές μικρότερη μάζα από τον Γαλαξία μας, τον Γαλαξία μας. Θα μπορούσε κάλλιστα να είναι μεταξύ της πρώτης κατηγορίας αντικειμένων που έθεσαν ένα τέλος στους Σκοτεινούς Αιώνες του Σύμπαντος.
Αυτή η αξιοσημείωτη ανακάλυψη απεικονίζει τις δυνατότητες των μεγάλων επίγειων τηλεσκοπίων στην περιοχή του εγγύς υπέρυθρου για την εξερεύνηση του πολύ πρώιμου Σύμπαντος.
Σκάβοντας στο παρελθόν
Όπως οι παλαιοντολόγοι που σκάβουν όλο και πιο βαθιά για να βρουν τα αρχαιότερα λείψανα, οι αστρονόμοι προσπαθούν να κοιτάξουν όλο και περισσότερο για να εξετάσουν εξονυχιστικά το πολύ νεαρό Σύμπαν. Η απόλυτη αναζήτηση; Βρίσκοντας τα πρώτα αστέρια και τους γαλαξίες που σχηματίστηκαν αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Πιο συγκεκριμένα, οι αστρονόμοι προσπαθούν να εξερευνήσουν τις τελευταίες «άγνωστες περιοχές», το όριο μεταξύ των «Σκοτεινών Αιώνων» και της «Κοσμικής Αναγέννησης».
Μάλλον λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, η οποία τώρα πιστεύεται ότι έγινε πριν από περίπου 13.700 εκατομμύρια χρόνια, το Σύμπαν βυθίστηκε στο σκοτάδι. Η ακτινοβολία λειψάνων από την αρχέγονη βολίδα είχε τεντωθεί από την κοσμική διαστολή προς μεγαλύτερα μήκη κύματος και ούτε αστέρια ούτε κβάζαρ είχαν ακόμη σχηματιστεί που θα μπορούσαν να φωτίσουν τον τεράστιο χώρο. Το Σύμπαν ήταν ένα κρύο και αδιαφανές μέρος. Αυτή η ζοφερή εποχή ονομάστηκε επομένως εύλογα «Σκοτεινοί Αιώνες».
Μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια αργότερα, η πρώτη γενιά αστεριών και, αργότερα ακόμα, οι πρώτοι γαλαξίες και κβάζαρ, παρήγαγαν έντονη υπεριώδη ακτινοβολία, ανυψώνοντας σταδιακά την ομίχλη πάνω από το Σύμπαν.
Αυτό ήταν το τέλος των Σκοτεινών Αιώνων και, με έναν όρο που ξαναπάρθηκε από την ανθρώπινη ιστορία, μερικές φορές αναφέρεται ως «Κοσμική Αναγέννηση».
Οι αστρονόμοι προσπαθούν να εντοπίσουν πότε - και πώς - τελείωσαν ακριβώς οι Σκοτεινοί Αιώνες. Αυτό απαιτεί την αναζήτηση των πιο απομακρυσμένων αντικειμένων, μια πρόκληση που μόνο τα μεγαλύτερα τηλεσκόπια, σε συνδυασμό με μια πολύ προσεκτική στρατηγική παρατήρησης, μπορούν να αντιμετωπίσουν.
Χρήση βαρυτικού τηλεσκοπίου
Με την έλευση των τηλεσκοπίων κλάσης 8-10 μέτρων έχει επιτευχθεί θεαματική πρόοδος κατά την τελευταία δεκαετία. Πράγματι, έκτοτε κατέστη δυνατή η παρατήρηση με κάποια λεπτομέρεια αρκετών χιλιάδων γαλαξιών και κβάζαρ σε αποστάσεις σχεδόν 12 δισεκατομμυρίων ετών φωτός (δηλαδή μέχρι μια ερυθρή μετατόπιση 3 [3]). Με άλλα λόγια, οι αστρονόμοι είναι πλέον σε θέση να μελετούν μεμονωμένους γαλαξίες, το σχηματισμό, την εξέλιξή τους και άλλες ιδιότητες σε τυπικά το 85% της προηγούμενης ιστορίας του Σύμπαντος.
Περαιτέρω στο παρελθόν, ωστόσο, οι παρατηρήσεις γαλαξιών και κβάζαρ γίνονται σπάνιες. Επί του παρόντος, μόνο μια χούφτα πολύ αμυδρά γαλαξίες παρατηρούνται περίπου 1.200 έως 750 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη (redshift 5-7). Πέρα από αυτό, η αδυναμία αυτών των πηγών και το γεγονός ότι το φως τους μετατοπίζεται από το οπτικό στο εγγύς υπέρυθρο έχει περιορίσει μέχρι στιγμής σοβαρά τις μελέτες.
Μια σημαντική ανακάλυψη σε αυτήν την αναζήτηση για τον πιο πρώιμο σχηματισμένο γαλαξία επιτεύχθηκε τώρα από μια ομάδα Γάλλων και Ελβετών αστρονόμων [2] χρησιμοποιώντας το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο (VLT) της ESO που είναι εξοπλισμένο με το ευαίσθητο όργανο κοντά στο υπέρυθρο ISAAC. Για να το επιτύχουν αυτό, έπρεπε να συνδυάσουν το φαινόμενο ενίσχυσης του φωτός ενός σμήνος γαλαξιών - ένα Βαρυτικό Τηλεσκόπιο - με τη δύναμη συλλογής φωτός του VLT και τις εξαιρετικές συνθήκες του ουρανού που επικρατούν στο Paranal.
Αναζητώντας μακρινούς γαλαξίες
Το κυνήγι για τέτοια αχνά, άπιαστα αντικείμενα απαιτεί μια ιδιαίτερη προσέγγιση.
Πρώτα απ 'όλα, πολύ βαθιές εικόνες ενός σμήνος γαλαξιών που ονομάζεται Abell 1835 λήφθηκαν χρησιμοποιώντας το όργανο ISAAC κοντά στο υπέρυθρο όργανο στο VLT. Τέτοια σχετικά κοντινά ογκώδη σμήνη είναι σε θέση να κάμπτουν και να ενισχύουν το φως των πηγών φόντου - ένα φαινόμενο που ονομάζεται Βαρυτικός Φακός και προβλέπεται από τη θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Αυτή η φυσική ενίσχυση επιτρέπει στους αστρονόμους να κοιτάζουν σε γαλαξίες που διαφορετικά θα ήταν πολύ αμυδρά για να τους δουν. Στην περίπτωση του γαλαξία που ανακαλύφθηκε πρόσφατα, το φως ενισχύεται περίπου 25 έως 100 φορές! Σε συνδυασμό με τη δύναμη του VLT, κατέστη δυνατή η απεικόνιση και ακόμη και η λήψη ενός φάσματος αυτού του γαλαξία. Πράγματι, η φυσική ενίσχυση αυξάνει αποτελεσματικά το διάφραγμα του VLT από 8,2 m σε 40-80 m.
Οι βαθιές εικόνες σχεδόν IR που λαμβάνονται σε διαφορετικά μήκη κύματος επέτρεψαν στους αστρονόμους να χαρακτηρίσουν τις ιδιότητες μερικών χιλιάδων γαλαξιών στην εικόνα και να επιλέξουν μια χούφτα από αυτούς ως δυνητικά πολύ μακρινούς γαλαξίες. Χρησιμοποιώντας εικόνες που ελήφθησαν προηγουμένως στο τηλεσκόπιο Καναδά-Γαλλία-Χαβάη (CFHT) στο Mauna Kea και εικόνες από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, επαληθεύτηκε ότι αυτοί οι γαλαξίες πράγματι δεν φαίνονται στο οπτικό. Με αυτόν τον τρόπο, αναγνωρίστηκαν έξι υποψήφιοι γαλαξίες υψηλής μετατόπισης προς το ερυθρό των οποίων το φως μπορεί να είχε εκπέμπεται όταν το Σύμπαν ήταν ηλικίας μικρότερης των 700 εκατομμυρίων ετών.
Για να επιβεβαιώσουν και να λάβουν έναν πιο ακριβή προσδιορισμό της απόστασης ενός από αυτούς τους γαλαξίες, οι αστρονόμοι έλαβαν το Director's Discretionary Time για να χρησιμοποιήσουν ξανά το ISAAC στο VLT, αλλά αυτή τη φορά στη φασματοσκοπική του λειτουργία. Μετά από αρκετούς μήνες προσεκτικής ανάλυσης των δεδομένων, οι αστρονόμοι είναι πεπεισμένοι ότι έχουν εντοπίσει ένα αδύναμο αλλά ξεκάθαρο φασματικό χαρακτηριστικό στην περιοχή του εγγύς υπέρυθρου. Οι αστρονόμοι έχουν ισχυριστεί ότι αυτό το χαρακτηριστικό είναι σίγουρα η γραμμή εκπομπής Lyman-άλφα που είναι χαρακτηριστική αυτών των αντικειμένων. Αυτή η γραμμή, η οποία εμφανίζεται στο εργαστήριο σε μήκος κύματος 0,1216 μm, δηλαδή στην υπεριώδη ακτινοβολία, έχει τεντωθεί στο εγγύς υπέρυθρο στα 1,34 μm, καθιστώντας τον Abell 1835 IR1916 τον πρώτο γαλαξία που είναι γνωστός ότι έχει μια ερυθρή μετατόπιση τόσο μεγάλη όσο 10.
Ο πιο μακρινός γαλαξίας που είναι γνωστός μέχρι σήμερα
Αυτή είναι η ισχυρότερη περίπτωση για μια μετατόπιση προς το κόκκινο πάνω από το τρέχον φασματοσκοπικά επιβεβαιωμένο ρεκόρ στο z=6,6 και η πρώτη περίπτωση διψήφιας μετατόπισης προς το κόκκινο. Κλιμακώνοντας την ηλικία του Σύμπαντος στη διάρκεια ζωής ενός ατόμου (80 χρόνια, ας πούμε), το προηγούμενο επιβεβαιωμένο ρεκόρ έδειξε ένα νήπιο τεσσάρων ετών. Με τις παρούσες παρατηρήσεις, έχουμε μια εικόνα του παιδιού όταν ήταν δυόμισι ετών.
Από τις εικόνες αυτού του γαλαξία που ελήφθησαν στις διάφορες ζώνες κύματος, οι αστρονόμοι συμπεραίνουν ότι διέρχεται μια περίοδο έντονου σχηματισμού άστρων. Αλλά η ποσότητα των αστεριών που σχηματίζονται υπολογίζεται ότι είναι «μόνο» 10 εκατομμύρια φορές η μάζα του ήλιου, περίπου δέκα χιλιάδες φορές μικρότερη από τη μάζα του Γαλαξία μας, του Γαλαξία μας.
Με άλλα λόγια, αυτό που βλέπουν οι αστρονόμοι είναι το πρώτο δομικό στοιχείο των σημερινών μεγάλων γαλαξιών. Αυτό το εύρημα συμφωνεί καλά με την τρέχουσα κατανόησή μας για τη διαδικασία σχηματισμού γαλαξιών που αντιστοιχεί σε μια διαδοχική συσσώρευση μεγάλων γαλαξιών που παρατηρούνται σήμερα μέσω πολυάριθμων συγχωνεύσεων «δομικών μονάδων», μικρότερων και νεότερων γαλαξιών που σχηματίστηκαν στο παρελθόν.
Είναι αυτά τα δομικά στοιχεία που μπορεί να παρείχαν τις πρώτες πηγές φωτός που σήκωσαν την ομίχλη πάνω από το Σύμπαν και έβαλαν τέλος στους Σκοτεινούς Αιώνες.
Για τον Roser Pell?, από το Observatoire Midi-Pyr?n?es (Γαλλία) και συν-αρχηγό της ομάδας, «αυτές οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι κάτω από εξαιρετικές συνθήκες ουρανού, όπως αυτές στο Παρατηρητήριο Paranal του ESO, και χρησιμοποιώντας ισχυρό βαρυτικό φακό, άμεσες παρατηρήσεις μακρινών γαλαξιών κοντά στον Σκοτεινό Χρόνο είναι εφικτό με τα καλύτερα επίγεια τηλεσκόπια».
Ο άλλος συναρχηγός της ομάδας, ο Daniel Schaerer από το Παρατηρητήριο και το Πανεπιστήμιο της Γενεύης (Ελβετία), είναι ενθουσιασμένος: «Αυτή η ανακάλυψη ανοίγει το δρόμο για μελλοντικές εξερευνήσεις των πρώτων αστέρων και γαλαξιών στο πρώιμο Σύμπαν».
Περισσότερες πληροφορίες
Οι πληροφορίες που παρουσιάζονται σε αυτό το Δελτίο Τύπου βασίζονται σε ένα ερευνητικό άρθρο στο ευρωπαϊκό ερευνητικό περιοδικό 'Astronomy & Astrophysics' (A&A, τόμος 416, σελίδα L35; 'ISAAC/VLT observations of a lensed galaxy at z=10.0' από τον Roser Pell? , Daniel Schaerer, Johan Richard, Jean-Fran?ois Le Borgne και Jean-Paul Kneib). Είναι διαθέσιμο στον Ιστό στον ιστότοπο της EDP.
Πρόσθετες εξηγήσεις και εικόνες είναι διαθέσιμες στην ιστοσελίδα των συγγραφέων, στη διεύθυνση http://obswww.unige.ch/sfr και http://webast.ast.obs-mip.fr/galaxies/
Αρχική πηγή: Δελτίο ειδήσεων ESO