Изображение предоставлено: ESO
Используя прибор ближнего инфракрасного диапазона ISAAC на Очень Большом Телескопе ESO и эффект увеличения гравитационной линзы, команда французских и швейцарских астрономов [2] обнаружила несколько слабых галактик, которые считаются наиболее удаленными из известных.
Дальнейшие спектроскопические исследования одного из этих кандидатов дали веские основания для того, что теперь является новым рекордсменом - и на сегодняшний день - самой далекой галактики, известной во Вселенной.
Названная Abell 1835 IR1916, недавно открытая галактика имеет красное смещение 10 [3] и расположена на расстоянии около 13 230 миллионов световых лет. Поэтому это видно в то время, когда Вселенной было всего 470 миллионов лет, то есть всего 3 процента от ее нынешнего возраста.
Эта первозданная галактика кажется в десять тысяч раз менее массивной, чем наша Галактика, Млечный Путь. Это может быть одним из первых классов объектов, которые положили конец темным векам Вселенной.
Это замечательное открытие иллюстрирует потенциал больших наземных телескопов в ближней инфракрасной области для исследования очень ранней Вселенной.
Копаться в прошлом
Подобно палеонтологам, которые копают все глубже и глубже, чтобы найти самые старые останки, астрономы пытаются смотреть все дальше и дальше, чтобы исследовать очень молодую Вселенную. Конечный квест? Нахождение первых звезд и галактик, которые образовались сразу после Большого взрыва.
Точнее, астрономы пытаются исследовать последние «неизвестные территории», границу между «темными веками» и «космическим ренессансом».
Скорее всего, вскоре после Большого взрыва, который, как считается, произошел около 13 700 миллионов лет назад, Вселенная погрузилась во тьму. Реликтовое излучение исконного огненного шара было растянуто космическим расширением в направлении более длинных волн, и еще не было сформировано ни звезд, ни квазаров, которые могли бы освещать обширное пространство. Вселенная была холодным и непрозрачным местом. Поэтому эту мрачную эпоху вполне обоснованно называют «темными веками».
Спустя несколько сотен миллионов лет первое поколение звезд, а затем и первые галактики и квазары производили интенсивное ультрафиолетовое излучение, постепенно поднимая туман над Вселенной.
Это был конец темных веков, и термин, вновь перенятый из человеческой истории, иногда называют «Космическим Ренессансом».
Астрономы пытаются определить, когда и каким образом именно темные века закончились. Это требует поиска самых отдаленных объектов, задача, которую могут принять только самые большие телескопы в сочетании с очень тщательной стратегией наблюдения.
Использование гравитационного телескопа
С появлением телескопов класса 8-10 метров за последнее десятилетие был достигнут впечатляющий прогресс. Действительно, с тех пор стало возможным детально наблюдать несколько тысяч галактик и квазаров на расстояниях почти 12 миллиардов световых лет (то есть до красного смещения 3 [3]). Другими словами, астрономы теперь могут изучать отдельные галактики, их формирование, эволюцию и другие свойства в течение обычно 85% прошлой истории Вселенной.
Однако в дальнейшем наблюдений за галактиками и квазарами становится мало. В настоящее время только несколько очень слабых галактик видны примерно через 1200-750 миллионов лет после Большого взрыва (красное смещение 5-7). Кроме того, слабость этих источников и тот факт, что их свет смещен от оптического к ближнему инфракрасному, до настоящего времени серьезно ограничивали исследования.
Важный прорыв в этом поиске самой ранней сформировавшейся галактики был достигнут командой французских и швейцарских астрономов [2] с использованием Очень Большого Телескопа (VLT) ESO, оборудованного чувствительным к ближнему инфракрасному излучению инструментом ISAAC. Чтобы достичь этого, они должны были объединить эффект усиления света скопления галактик - гравитационного телескопа - с силой сбора света VLT и превосходными условиями неба, преобладающими в Паранале.
В поисках далеких галактик
Охота на такие слабые, неуловимые предметы требует особого подхода.
Прежде всего, очень глубокие изображения скопления галактик по имени Абелл 1835 были сделаны с помощью прибора ближнего инфракрасного диапазона ISAAC на VLT. Такие относительно близкие массивные кластеры способны изгибать и усиливать свет фоновых источников - явление, называемое гравитационным лицензированием и предсказываемое теорией общей теории относительности Эйнштейна.
Это естественное усиление позволяет астрономам всматриваться в галактики, которые в противном случае были бы слишком слабыми, чтобы их можно было увидеть. В случае недавно обнаруженной галактики, свет усиливается примерно в 25-100 раз! В сочетании с мощью VLT стало возможным получать изображения и даже снимать спектр этой галактики. Действительно, естественное усиление эффективно увеличивает апертуру VLT с 8,2 до 40-80 м.
Глубокие ближние ИК-изображения, сделанные на разных длинах волн, позволили астрономам охарактеризовать свойства нескольких тысяч галактик на изображении и выбрать несколько из них как потенциально очень далекие галактики. Используя ранее полученные изображения, сделанные на телескопе Канада-Франция-Гавайи (CFHT) на Мауна-Кеа, и изображения с космического телескопа Хаббла, было затем подтверждено, что эти галактики действительно не видны в оптическом диапазоне. Таким образом, было обнаружено шесть потенциальных галактик с высоким красным смещением, свет которых мог излучаться, когда Вселенной было менее 700 миллионов лет.
Чтобы подтвердить и получить более точное определение расстояния одной из этих галактик, астрономы получили Директорское дискреционное время, чтобы снова использовать ISAAC на VLT, но на этот раз в его спектроскопическом режиме. После нескольких месяцев тщательного анализа данных астрономы убедились, что обнаружили слабую, но четкую спектральную особенность в ближней инфракрасной области. Астрономы убедительно доказали, что эта особенность, несомненно, является линией излучения Лимана-альфа, типичной для этих объектов. Эта линия, которая встречается в лаборатории на длине волны 0,1216 мкм, то есть в ультрафиолете, растянута до ближнего инфракрасного диапазона на 1,34 мкм, что делает Abell 1835 IR1916 первой из известных галактик, имеющей красное смещение, равное 10.
Самая далекая галактика, известная на сегодняшний день
Это наиболее сильный случай красного смещения, превышающего текущую спектроскопически подтвержденную запись при z = 6,6, и первый случай двузначного красного смещения. Масштабируя возраст Вселенной до продолжительности жизни человека (скажем, 80 лет), предыдущий подтвержденный отчет показал четырехлетнего малыша. С настоящими наблюдениями у нас есть фотография ребенка, когда ему было два с половиной года.
Из изображений этой галактики, полученных в различных диапазонах волн, астрономы делают вывод, что она переживает период интенсивного звездообразования. Но количество образовавшихся звезд оценивается в 10 миллионов раз больше массы Солнца, примерно в десять тысяч раз меньше массы нашей Галактики, Млечного Пути.
Другими словами, то, что видят астрономы, является первым строительным блоком современных больших галактик. Этот вывод хорошо согласуется с нашим нынешним пониманием процесса формирования галактик, соответствующего последовательному наращиванию больших галактик, наблюдаемых сегодня в результате многочисленных слияний «строительных блоков», меньших и более молодых галактик, сформировавшихся в прошлом.
Именно эти строительные блоки могли обеспечить первые источники света, которые подняли туман над Вселенной и положили конец темным векам.
Для Розера Пелла, из Обсерватории Миди-Пироне (Франция) и со-лидера команды, «эти наблюдения показывают, что при превосходных условиях неба, таких как в Паранальной обсерватории ESO, и с использованием сильного гравитационного линзирования прямые наблюдения отдаленных галактик, близких к темным векам, возможно с помощью лучших наземных телескопов ».
Другой со-лидер команды, Даниэль Шерер из Женевской обсерватории и Университета (Швейцария), взволнован: «Это открытие открывает путь к будущим исследованиям первых звезд и галактик в ранней Вселенной».
Больше информации
Информация, представленная в этом пресс-релизе, основана на исследовательской статье в европейском исследовательском журнале «Астрономия и астрофизика» (A & A, том 416, стр. L35; «Наблюдения ISAAC / VLT в линзовой галактике при z = 10,0» Розера Пелла? Даниэль Шерер, Йохан Ричард, Жан-Франсуа Ле Боргн и Жан-Поль Кнейб). Он доступен в Интернете на веб-сайте EDP.
Дополнительные пояснения и изображения доступны на веб-странице авторов по адресу: http://obswww.unige.ch/sfr и http://webast.ast.obs-mip.fr/galaxies/.
Источник: ESO News Release
