Изображение предоставлено: ESO
Хотя в настоящее время Вселенная в целом имеет бежевый цвет, по мнению астрономов из Европейской южной обсерватории, она была более синей. Астрономы вычислили расстояние и цвет для 300 галактик, которые содержались в обзоре Hubble Deep Sky, который глубоко изучил область неба в южном созвездии Тосканы.
Международная команда астрономов [1] определила цвет Вселенной, когда она была очень маленькой. В то время как Вселенная сейчас бежевая, в далеком прошлом она была намного голубее, тогда как ей было всего 2500 миллионов лет.
Это результат обширного и тщательного анализа более 300 галактик, видимых в небольшой южной области неба, так называемом Глубоком поле Хаббл Юг Основная цель этого продвинутого исследования состояла в том, чтобы понять, как звездное содержание Вселенной было собрано и изменилось с течением времени.
Голландский астроном Марийн Франкс, член команды из Лейденской обсерватории (Нидерланды), объясняет: «Синий цвет ранней Вселенной обусловлен преимущественно синим светом молодых звезд в галактиках. Красный цвет журнала Space Magazine обусловлен относительно большим количеством более старых и красных звезд ».
Руководитель группы Грегори Рудник из Института Макса Планка Астрофизики (Garching, Германия) добавляет: «Поскольку общее количество света во Вселенной в прошлом было примерно таким же, как сегодня, и молодая голубая звезда излучает гораздо больше свет, чем старая красная звезда, должно быть, было значительно меньше звезд в молодой Вселенной, чем сейчас. Наши новые результаты показывают, что большинство звезд во Вселенной были сформированы сравнительно поздно, незадолго до рождения нашего Солнца, в момент, когда Вселенной было около 7000 миллионов лет ».
Эти новые результаты основаны на уникальных данных, собранных в ходе более чем 100-часовых наблюдений с помощью многорежимного прибора ISAAC на Очень Большом Телескопе (VLT) ESO в рамках крупного исследовательского проекта - Слабой инфракрасной внегалактической съемки (FIRES). Расстояния до галактик оценивались по их яркости в различных оптических диапазонах длин волн ближнего инфракрасного диапазона.
Наблюдение за ранней Вселенной
Теперь хорошо известно, что Солнце образовалось около 4,5 миллиардов лет назад. Но когда сформировалось большинство других звезд нашей Галактики? А как насчет звезд в других галактиках? Это некоторые из ключевых вопросов современной астрономии, но на них можно ответить только посредством наблюдений с помощью крупнейших в мире телескопов.
Одним из способов решения этих проблем является непосредственное наблюдение за очень молодой Вселенной - оглядываясь назад во времени. Для этого астрономы используют тот факт, что свет, излучаемый очень далекими галактиками, путешествует долгое время, прежде чем достигнет нас. Таким образом, когда астрономы смотрят на такие отдаленные объекты, они видят их такими, какими они были давно.
Однако эти отдаленные галактики чрезвычайно слабы, и поэтому эти наблюдения технически сложны. Другое осложнение заключается в том, что из-за расширения Вселенной свет от этих галактик смещается в сторону более длинных волн [2], вне оптического диапазона длин волн и в инфракрасную область.
Поэтому, чтобы детально изучить эти ранние галактики, астрономы должны использовать самые большие наземные телескопы, собирая их слабый свет во время очень длинных экспозиций. Кроме того, они должны использовать инфракрасные чувствительные детекторы.
Телескопы как гигантские глаза
«Глубокое поле юга Хаббла» (HDF-S) - это очень маленькая часть неба в южном созвездии Тукана («Тукан»). Он был выбран для очень подробных исследований с помощью космического телескопа Хаббла (HST) и других мощных телескопов. Оптические изображения этого поля, полученные с помощью HST, представляют общее время экспозиции 140 часов. Многие наземные телескопы также получили изображения и спектры объектов в этой области неба, в частности телескопы ESO в Чили.
Площадь неба 2,5 x 2,5 arcmin2 в направлении HDF-S была обнаружена в контексте тщательного исследования (внегалактическое исследование Faint InfraRed; FIRES, см. ESO PR 23/02). Это немного больше, чем поле, покрытое камерой WFPC2 на HST, но все же в 100 раз меньше, чем область, заполненная полной луной.
Всякий раз, когда это поле было видно из Обсерватории ESO Paranal, и атмосферные условия были оптимальными, астрономы ESO направляли 8,2-метровый телескоп VLT ANTU в этом направлении, снимая изображения в ближней инфракрасной области с помощью многомодового прибора ISAAC. В целом, поле наблюдалось более 100 часов, и полученные изображения (см. ESO PR 23/02) являются самыми глубокими наземными видами в J- и H-диапазонах ближнего инфракрасного диапазона. Изображение в полосе Ks является самым глубоким из когда-либо полученных небесных полей в этой спектральной полосе, будь то с земли или из космоса.
Эти уникальные данные обеспечивают исключительную картину и теперь позволили беспрецедентные исследования населения галактики в молодой Вселенной. Действительно, из-за исключительных условий видения в Паранале данные, полученные с помощью VLT, имеют превосходную четкость изображения («видение» 0,48 угловых секунд) и могут быть объединены с оптическими данными HST практически без потери качества.
Синий цвет
Астрономы смогли однозначно обнаружить около 300 галактик на этих изображениях. Для каждого из них они измеряли расстояние, определяя красное смещение [2]. Это было сделано с помощью недавно улучшенного метода, который основан на сравнении яркости каждого объекта во всех отдельных спектральных полосах с набором соседних галактик.
Таким образом, галактики были обнаружены в поле с красным смещением до z = 3,2, что соответствует расстояниям около 11 500 миллионов световых лет. Другими словами, астрономы видели свет этих очень отдаленных галактик, какими они были, когда Вселенной было всего лишь около 2,2 миллиарда лет.
Затем астрономы определили количество света, испускаемого каждой галактикой, таким образом, что эффекты красного смещения были «устранены». То есть они измерили количество света на разных длинах волн (цветов), как это было бы зафиксировано наблюдателем около этой галактики. Это, конечно, относится только к свету звезд, которые не сильно затенены пылью.
Суммируя свет, излучаемый на разных длинах волн всеми галактиками в данную космическую эпоху, астрономы могли бы затем определить средний цвет Вселенной («космический цвет») в эту эпоху. Более того, они смогли измерить, как изменился этот цвет, когда Вселенная стала старше.
Они пришли к выводу, что космический цвет становится красным со временем. В частности, в прошлом это было намного голубее; теперь, в возрасте почти 14 000 миллионов лет, Вселенная имеет своего рода бежевый цвет.
Когда появились звезды?
Изменение космического цвета со временем может быть интересным само по себе, но оно также является важным инструментом для определения того, как быстро звезды собирались во Вселенной.
Действительно, в то время как звездообразование в отдельных галактиках может иметь сложную историю, иногда ускоряясь в настоящие «звездные всплески», новые наблюдения - теперь основанные на многих галактиках - показывают, что «средняя история» звездообразования во Вселенной намного проще Это видно по наблюдаемому плавному изменению космического цвета по мере старения Вселенной.
Используя космический цвет, астрономы также смогли определить, как средний возраст относительно незаметных звезд во Вселенной менялся со временем. Поскольку Вселенная была намного голубее в прошлом, чем сейчас, они пришли к выводу, что Вселенная не производит столько голубых (с большой массой, короткоживущих) звезд, как это было раньше, в то же время красная (с малой массой) долгоживущие звезды из более ранних поколений звездообразования все еще присутствуют. Синие массивные звезды умирают быстрее, чем красные, маломассивные звезды, и поэтому, когда возраст группы звезд увеличивается, синие короткоживущие звезды умирают, и средний цвет группы становится более красным. Как и Вселенная в целом.
Такое поведение имеет некоторое сходство с тенденцией старения в современных западных странах, где рождается меньше детей, чем в прошлом, и люди живут дольше, чем в прошлом, что в целом приводит к увеличению среднего возраста населения.
Астрономы определили, сколько звезд уже сформировалось, когда Вселенной было всего около 3000 миллионов лет. Молодые звезды (синего цвета) излучают больше света, чем более старые (красные) звезды. Однако, поскольку в молодой Вселенной было почти столько же света, сколько существует сегодня - хотя галактики теперь намного краснее - это означает, что в ранней Вселенной было меньше звезд, чем сегодня. Настоящее исследование показывает, что в то время было в десять раз меньше звезд, чем сейчас.
Наконец, астрономы обнаружили, что примерно половина звезд в наблюдаемых галактиках образовалась после того времени, когда Вселенная была примерно наполовину старше (7 000 миллионов лет после Большого взрыва), как сегодня (14 000 миллионов лет).
Хотя этот результат был получен в результате исследования очень небольшого поля неба и, следовательно, может не быть полностью репрезентативным для Вселенной в целом, было показано, что настоящий результат сохраняется в других полях неба.
Источник: ESO News Release
