eso1138uk — Науковий реліз

Далекі галактики показують хід розчинення космічної імли

Нові спостереження із VLT осі часу реіонізації

12 жовтня 2011 р.

Вчені використали Дуже Великий Телескоп (VLT) ESO для дослідження раннього Всесвіту в кілька різних моментів, коли він ставав прозорим для ультрафіолетового світла. Цей короткий, але драматичний період в космічній історії, відомий як епоха реіонізації, мав місце близько 13 мільярдів років тому. Ретельне вивчення деяких із найбільш далеких галактик із числа коли-небудь виявлених, вперше дало змогу вченим встановити терміни реіонізації. Вони також продемонстрували, що дана фаза мала б проходити швидше, ніж це астрономи вважали раніше.

Міжнародна команда астрономів використовувала VLT як машину часу, щоб зазирнути в ранній Всесвіт та поспостерігати кілька найвіддаленіших галактик із числа коли-небудь виявлених. Вони були в змозі виміряти точну відстань до них: тобто бачили галактики, якими ті були у часи від 780 мільйонів до одного мільярдів років після Великого Вибуху [1].
Нові спостереження дозволили астрономам вперше встановити терміни того, що відомо як "реіонізація" [2]. Під час цієї фази, ранній Всесвіт була очищений від водневого туману, що дозволило ультрафіолетовому світлу вперше пройти безперешкодно.

Нові результати, котрі з'являться в Astrophysical Journal, грунтуються на тривалих систематичних пошуках далеких галактик, які команда проводила із VLT протягом останніх трьох років.

"Археологи можуть відновити хронологію минулого на артефактах, які вони знаходять в різних шарах грунту. Астрономи можуть піти іще далі: ми можемо дивитися прямо в далеке минуле і спостерігати слабке світло від різних галактик на різних стадіях космічної еволюції", пояснює Адріано Фонтана, з Римської Астрономічної Обсерваторії INAF, який керував цим проектом. "Відмінності між галактиками розповіли про мінливі умови у Всесвіті протягом цього важливого періоду та про те, як швидко ці зміни відбувалися."

Різні хімічні елементи яскраво світяться характерними кольорами. Ці сплески яскравості називаються "емісійними лініями". Однією з найсильніших ультрафіолетових ліній випромінювання є Лайман-альфа лінія, яка надходить з водню [3]. Вона яскрава та впізнавана, щоб бути видною навіть при спостереженнях дуже слабких і далеких галактик.

Виявлення Лайман-альфа лінії у п'яти дуже далеких галактик [4], дозволило команді зробити дві ключові справи. По-перше, спостерігаючи, як далеко лінія зміщена в бік червоного кінця спектра, вони змогли визначити відстані до галактик, а отже обчислити настільки швидко після Великого Вибуху ці галактики можуть спостерігатися [5]. Це дозволило розмістити їх по порядку створивши часову шкалу, котра показує, як світло від галактик з часом еволюціонує. По-друге, вчені змогли побачити, якою мірою Лайман-альфа випромінювання, що надходить від сяючого водню в галактиках, поглинається нейтральним водневим туманом в міжгалактичному просторі в різні моменти часу.

"Ми бачимо разючу відмінність у кількості ультрафіолетового світла, яке було загороджене між найбільш ранньою та найбільш пізньою галактиками із нашої вибірки", говорить провідний автор Лаура Пентеріччі із Римської Астрономічної Обсерваторії INAF. "Коли вік Всесвіту становив лише 780 мільйонів років, цього нейтрального водню було досить багато: заповнення становило від 10 до 50% обсягу Всесвіту. Але всього 200 мільйонів років тому кількість нейтрального водню впала до дуже низького рівня, подібно до того, який ми бачимо сьогодні. Здається, що реіонізація мала статися швидше, ніж це астрономи вважали раніше. "

Подібно до дослідження швидкості, з якою первісний туман розвіявся, спостереження команди також натякнули на ймовірне джерело ультрафіолетового світла, котре забезпечувало енергією, необхідною для проходження реіонізації. Є кілька конкуруючих теорій, звідки це світло походило: двома провідними кандидатами є перше покоління зірок у Всесвіті [6] та інтенсивне випромінювання матерії, коли вона падає до чорних дір.

"Детально проаналізувавши слабке світло від двох найбільш далеких галактик, ми висунули припущення, що найперші покоління зірок ймовірно сприяли виходу спостережуваної енергії", говорить Ерос Ванцелла з INAF Обсерваторії Трієста, член дослідницької групи. "То були дуже молоді масивні зірки, приблизно в п'ять тисяч разів молодші та в сто разів більш масивні, ніж Сонце. Можливо вони були здатні розвіяти початковий туман і зробити його прозорим".

Високоточні вимірювання, необхідні для того, щоб підтвердити або спростувати дану гіпотезу та показати, що зірки можуть виробляти необхідну енергію, вимагають спостережень із космосу або ж спостережень на запланованому Європейському Надзвичайно Великому Телескопі (E-ELT) ESO, котрий буде найбільшим в світі "оком до неба" після свого завершення на початку наступного десятиліття.

Вивчення цього найбільш раннього періоду в космічній історії є технічно складним завданням, оскільки необхідні точні спостереження надзвичайно далеких і слабких галактик. А таке завдання може бути зроблене тільки при допомозі найпотужніших телескопів. Для цього дослідження вчені використовували велику світлосилу 8.2 метрового VLT, щоб проводити спектроскопічні спостереження та орієнтації галактик, вперше визначені при допомозі Космічного Телескопа Хаббл (NASA/ESA), а також зображення далекого космосу від VLT.

Примітки

[1] Найбільш віддалена галактика із числа виявлених, відстань до якої виміряна при допомозі спектроскопії, має червоний зсув 8.6. Це означає, що в часі вона знаходиться на момент 600 мільйонів років після Великого Вибуху (eso1041). Існує галактика-кандидат, червоний зсув якої приймають за 10 (це 480 мільйонів років після Великого Вибуху), котра розпізнана Космічим Телескопом Хаббл. Наразі вона на стадії підтвердження. Найбільш віддалена галактика в даному дослідженні має червоний зсув 7.1, що відносить її в часі на момент 780 мільйонів років після Великого Вибуху. Теперішній вік Всесвіту становить 13.7 мільярдів років. Нова вибірка із п'яти підтверджених галактик (загалом 20 кандидатів) із виміряними лініями Лайман-альфа вміщує половину всіх відомих галактик із z>7.

[2] У той час, коли перші зірки і галактики сформувалися, Всесвіт був заповнений електрично нейтральним воднем - газом, котрий поглинає ультрафіолетове випромінювання. Так як це світло від ранніх галактик збуджувало газ, роблячи його електрично зарядженим (іонізованим), він поступово став прозорим для ультрафіолетового світла. Даний процес має спеціальну назву "реіонізація", бо вважається, що на протязі перших 100 000 років після Великого Вибуху, водень також був іонізованим.

[3] Вчені спектроскопічно виміряли вплив водневого туману, котрий полягає у розщепленні та розведенні галактичного світла на кольорові складові, так само як призма розщеплює сонячне світло в веселку.

[4] Команда використовувала VLT, щоб вивчати спектри 20 галактик-кандидатів із червоним зсувом, близьким до 7, котрі були взяті із трьох досліджень глибокого космосу. В п'яти із них були чітко впізнанана Лайман-альфа емісія. Наразі, це єдина збірка галактик зі спектроскопічно підтвердженим червоним зсувом біля 7.

[5] Оскільки Всесвіт розширюється, довжина хвилі світла від об'єктів розтягується під час проходження через простір. Чим більше світло повинно пройти, тим більше розтягується довжина його хвилі. Так як червоне світло має найдовшу довжину хвилі зі всіх видимих очима, характерний червоний колір, котрий мають надзвичайно віддалені об'єкти, отримав назву "червоний зсув". Хоча технічно це міра того, наскільки колір світла об'єкту був порушений, вона такоє є мірою відстані до об'єкта, а також того, на який момент часу після Великого Вибуху ми його бачимо.

[6] Астрономи поділяють зірки на три категорії, відомі як Популяція I, Популяція II та Популяція III. Зорі Популяції I, такі як наше Сонце, багаті на важкі елементи, що синтезовані в надрах більш старих зірок та під час вибухів наднових. Оскільки вони складаються з речовини попереднього покоління зірок, то подібні зорі могли з'явитися у Всесвіті тільки пізніше. Зорі Популяції II містять менше важких елементів. Головним чином вони складаються із водню, гелію та літію, утворених під час Великого Вибуху. То старі зірки, хоча деякі із них і досі існують у Всесвіті. Зорі Популяції III ніколи безпосередньо не спостерігалися, хоча вважаються, що вони існували на початку раннього Всесвіту. Оскільки вони вміщували речовину, створену під час Великого Вибуху, то в їх складі важкі елементи були повністю відсутні. Важкі елементи відіграють дуже важливу роль у формуванні зірок, тому на цій стадії могли утворитися тільки дуже великі зірки з дуже коротким часом існування. Таким чином, всі зірки Популяції III повинні були закінчити своє коротке життя вибухами наднових на початку раннього Всесвіту. Досі нема переконливих доказів існування зірок Популяції III, навіть у спостереженнях дуже далеких галактик.

Детальніше

Дане дослідження було представлено  у статті “Spectroscopic Confirmation of z∼7 LBGs: Probing the Earliest Galaxies and the Epoch of Reionization”, яка з’явиться Astrophysical Journal.

Дослідна група у складі L.Pentericci (INAF Osservatorio Astronomico di Roma, Rome, Italy [INAF-OAR]),  A. Fontana (INAF-OAR), E. Vanzella (INAF Osservatorio Astronomico di Trieste, Trieste, Italy [INAF-OAT]), M. Castellano (INAF-OAR), A. Grazian (INAF-OAR), M. Dijkstra (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Germany), K. Boutsia (INAF-OAR), S. Cristiani (INAF-OAT), M. Dickinson (National Optical Astronomy Observatory, Tucson, USA), E. Giallongo (INAF-OAR), M. Giavalisco (University of Massachusetts, Amherst, USA), R. Maiolino (INAF-OAR), A. Moorwood (ESO, Garching), P. Santini (INAF-OAR).

ESO, Європейська Південна Обсерваторія - це передова міжурядова астрономічна організація в Європі та найбільш продуктивна астрономічна обсерваторія світу. Її підтримує 15 країн: Австрія, Бельгія, Бразилія, Чеська Республіка, Данія, Франція, Фінляндія, Німеччина, Італія, Нідерланди, Португалія, Іспанія, Швеція, Швейцарія та Сполучене Королівство. ESO здійснює ініціативну програму, зосереджену на проектуванні, будівництві та експлуатації потужних наземних спостережних об'єктів, що дозволяє астрономам робити важливі наукові відкриття. ESO також відіграє провідну роль у сприянні та організації співробітництва в астрономічних дослідженнях. ESO працює на трьох унікальних, світового класу обсерваторіях в Чилі: Ла Сілла, Паранал і Чахнантор. На горі Паранал, в ESO працює Дуже Великий Телескоп - найбільш передова в світі астрономічна обсерваторія видимого діапазону та VISTA - найбільший оглядовий телескоп в світі. ESO є європейським партнером просунутого астрономічного радіотелескопу ALMA, найбільшого існуючого астрономічного проекту.

В даний час, ESO планує 40 метрового класу Європейський Надзвичайно Великий Телескоп E-ELT (оптичний та ближній ІЧ діапазони), який стане "найбільшим в світі оком в небо".

Посилання

Контакти

Oleg Maliy
NGO Zaporozhye Astronomical Club Altair
Zaporozhye, Ukraine
Телефон: +380 67 1371070
Email: astroclubzp@gmail.com

Dr. Laura Pentericci
INAF Rome Astronomical Observatory
Rome, Italy
Телефон: +39 06 94 286 450
Email: laura.pentericci@oa-roma.inaf.it

Dr. Adriano Fontana
INAF Rome Astronomical Observatory
Rome, Italy
Телефон: +39 06 94 286 456
Email: adriano.fontana@oa-roma.inaf.it

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 3200 6655
Email: rhook@eso.org

Переклад прес-релізу ESO eso1138.

Про реліз

Реліз №:eso1138uk
Назва:Galaxies, NTTDF-474
Тип:• Early Universe : Galaxy
• Early Universe : Cosmology
Facility:Very Large Telescope
Science data:2011ApJ...743..132P

Зображення

Artist’s impression of galaxies at the end of the era of reionisation (artist’s impression)
Artist’s impression of galaxies at the end of the era of reionisation (artist’s impression)
тільки на англійській
A galaxy seen when the Universe was only 820 million years old
A galaxy seen when the Universe was only 820 million years old
тільки на англійській
A galaxy seen when the Universe was only 840 million years old
A galaxy seen when the Universe was only 840 million years old
тільки на англійській

Відео

Animation of artist’s impression of galaxies at the end of the era of reionisation
Animation of artist’s impression of galaxies at the end of the era of reionisation
тільки на англійській

Також дивіться наші