Rozpouštění kosmické mlhy

ESO 041/10 tisková zpráva

'Změřena vzdálenost nejvzdálenější galaxie'

Tým evropských astronomů využívající dalekohled ESO/VLT změřil vzdálenost dosud nejvzdálenější galaxie. Pečlivou analýzou jejího velmi slabého světla vědci zjistili, že galaxii pozorují tak, jak vypadala v době, kdy samotný vesmír byl jen 600 milionů let starý. Rudý posuv světla galaxie je 8,6 a jedná se tedy o první potvrzené pozorování objektu, jehož světlo prorazilo neprůhlednou vodíkovou mlhou vyplňující mladý vesmír. Výsledky pozorování byly zveřejněny 21. října 2010 v časopise Nature.

"Díky dalekohledu ESO/VLT jsme mohli potvrdit, že galaxie zaznamenaná již dříve pomocí Hubbleova kosmického teleskopu je dosud nejvzdálenějším identifikovaným objektem ve vesmíru,” [1] říká Matt Lehnert (Observatoire de Paris), vedoucí autor článku oznamujícího výsledky. “Jedině schopnosti dalekohledu VLT a spektrografu SINFONI nám umožnily změřit vzdálenost této galaxie a určit, že ji pozorujeme tak, jak vypadala v době, kdy byl vesmír jen 600 milionů let starý."

Studium prvních galaxií je velmi obtížné. Když jejich původně zářivě jasné světlo dorazí k Zemi, zdá se velmi slabé. Záření navíc přichází z větší části z infračerveného oboru spektra, neboť jeho vlnová délka byla prodloužena v důsledku rozpínání vesmíru – což je efekt známý jako rudý posuv. Aby pozorování bylo ještě těžší, v ranných fázích vývoje vesmíru – asi miliardu let po velkém třesku – nebyl vesmír pro záření plně průhledný, neboť většina prostoru byla vyplněna vodíkovou mlhou pohlcující ultrafialové paprsky mladých galaxií. Období vývoje vesmíru, kdy probíhalo rozpouštění této mlhy ultrafialovým zářením, je známé jako éra reionizace [2]. Přes všechny tyto překážky nalezl v roce 2009 Hubbleův kosmický teleskop (HST, NASA/ESA), již vybavený novou kamerou Wide Field Camera 3, několik žhavých kandidátů na galaxie zářící v období reionizace [3]. Potvrdit tento předpoklad spektroskopickým měřením rudého posuvu světla galaxie nebylo ale o nic snazší, než jeho objev. Tohoto úkolu jsou však schopny jen ty největší současné pozemní přístroje [4]. 
 

“Po oznámení objevu kandidátů pomocí HST jsme rychlým výpočtem zjistili, že pokud použijeme enormní sběrnou plochu dalekohledu VLT v kombinaci s citlivostí spektrografu pro infračervenou oblast SINFONI a velmi dlouhou expozici, budeme schopni nejen detekovat světlo tohoto extrémně slabého a vzdáleného zdroje, ale také změřit jeho vzdálenost,” pokračuje Matt Lehnert.

Na základě speciálního požadavku vzneseného u Generálního ředitele ESO tým obdržel pozorovací čas na VLT a po dobu plných 16 hodin pozoroval kandidátskou galaxii UDFy-38135539 [5]. Po dvou měsících pečlivé analýzy a testování výsledků dospěli vědci k závěru, že bezpochyby detekovali velmi slabou záři vodíku při rudém posuvu 8,6, což z galaxie dělá nejvzdálenější spektroskopicky potvrzený objekt ve vesmíru. Rudý posuv 8,6 odpovídá stáří vesmíru 600 milionů let po velkém třesku.
 
Význam práce shrnuje Nicole Nesvadba (Institut d’Astrophysique Spatiale). “Měření rudého posuvu dosud nejvzdálenější známé galaxie je samozřejmě velmi zajímavé samo o sobě, ale pozorování má dalekosáhlé astrofyzikální implikace. Poprvé s jistotou víme, že se díváme na jednu z galaxií, které rozpustily mlhu zaplňující raný vesmír“.
 
Překvapivým zjištěním je fakt, že záření galaxie UDFy-38135539 pravděpodobně samo o sobě není dostatečně silné, aby proniklo vodíkovou mlhou. “Musí existovat další, patrně mnohem slabší a méně hmotné, sousední galaxie, které pomáhají zprůhlednit prostor kolem UDFy-38135539. Bez příspěvku těchto dalších zdrojů by světlo galaxie bylo zachyceno v okolní vodíkové mlze a my bychom nebyli schopni jej detekovat,” vysvětluje spoluautor Mark Swinbank (University of Durham).

Jean-Gabriel Cuby (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille), spoluautor práce k tomu poznamenává: ”Studium éry reionizace a formování galaxií vyžaduje využití současné techniky až na hranicích jejích možností, ale jedná se o typ pozorování, který bude rutinou pro budoucí dalekohled E-ELT, největší teleskop světa pro viditelnou a infračervenou oblast."

Zdroj

Poznámky

[1] Dřívější výsledky prací ESO (eso0405) oznamovaly objekt v ještě větší vzdálenosti s rudým posuvem 10. V rámci dalšího výzkumu se však nepodařilo nalézt objekt stejné jasnosti na udané pozici a zatím poslední pozorování pomocí HST k vyřešení problému nepřispěla. Většina astronomů se proto v současnosti domnívá, že identifikace objektu s galaxií s vysokým rudým posuvem nebyla správná.
 
[2] Jak vesmír chladl (po svém počátku před 13,7 miliardami let), elektrony a protony se spojovaly a vytvářely jádra vodíkových atomů. A tento tmavý chladný plyn byl hlavní složkou vesmíru v takzvaném temném věku, kdy ve vesmíru neexistovaly zářící objekty. Tato fáze vývoje vesmíru končí vznikem prvních hvězd, které svým intenzivním ultrafialovým zářením v procesu reionizace opět oddělily elektrony od protonů a tím zprůhlednily vodíkovou mlhu. Tato éra vývoje vesmíru trvala asi od 150 milionů let do 800 milionů let po velkém třesku. Snaha porozumět tomu, jak proběhla reionizace a vznikly první galaxie, patří k nejzásadnějším otázkám moderní kosmologie. 
 
[3] související pozorování Hubbleva kosmického dalekohledu - http://www.spacetelescope.org/news/heic1001/

[4] V astronomii jsou dva hlavní způsoby, jak nalézt první galaxie a změřit jejich vzdálenost. Jednak je možné pořídit velmi hluboké snímky v různých oborech světla (s různými filtry) a u mnoha objektů změřit jasnost na různých vlnových délkách. Tato měření se porovnají s předpokládanými vlastnostmi galaxií různých typů v rozličných stádiích vývoje vesmíru. Toto je v současnosti jediná metoda, jak takové objekty objevit, a právě jí využili členové týmu HST. Výsledek však nemusí být vždy jednoznačný. Může se stát, že to, co se zdá být vzdálenou galaxií, může být velmi slabá chladná hvězda v naší Galaxii. 

Jakmile však máte k dispozici seznam kandidátů, je měření rudého posuvu mnohem přesnější metodou odhadu vzdálenosti. Světlo objektu je rozděleno na základní složky a ve spektru hledáme známky emisních čar vodíku a dalších prvků. Spektroskopie je jedinou metodou, jak získat relevantní a přesný odhad vzdálenosti objektu.
 
[5] Název napovídá, že objekt byl objeven na snímku Ultra Deep Field, čísla udávají pozici na obloze.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku ‘Spectroscopic confirmation of a galaxy at redshift z=8.6’ autorů  Lehnert a kol., který vyšel v časopise Nature 21.10. 2010.

Složení týmu: M. D. Lehnert (Observatoire de Paris – Laboratoire GEPI / CNRS-INSU / Université Paris Diderot, Francie), N. P. H. Nesvadba (Institut d’Astrophysique Spatiale / CNRS-INSU / Université Paris-Sud, Francie), J.-G.Cuby (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille / CNRS-INSU / Université de Provence, Francie), A. M. Swinbank (University of Durham, UK), S. Morris (University of Durham, UK), B. Clément (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille / CNRS-INSU / Université de Provence, Francie), C. J. Evans (UK Astronomy Technology Centre, Edinburgh, UK), M. N. Bremer (University of Bristol, UK) a S. Basa (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille / CNRS-INSU / Université de Provence, Francie).

ESO (Evropská jižní observatoř) je hlavní mezinárodní astronomickou organizací Evropy a patří k nejproduktivnějším astronomickým observatořím světa. Je podporována 14 členskými státy, kterými jsou: Belgie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemí, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO má za cíl vývoj, konstrukci a provoz výkonných pozemních astronomických zařízení, která umožní významné vědecké objevy. ESO také hraje přední roli při propagaci a organizaci mezinárodní spolupráce na poli astronomického výzkumu. ESO v současnosti provozuje tři observatoře světově úrovně: La Silla, Paranal a Chajnantor, které se nacházejí na poušti Atacama v Chile. Na Paranalu se nachází VLT (Very Large Telescope = Velmi velký dalekohled) – nejvyspělejší pozemní dalekohled pracující ve viditelném světle a VISTA, největší přehlídkový dalekohled pro infračervenou oblast na světě. Zároveň je ESO evropským zástupcem největšího astronomického projektu všech dob – teleskopu ALMA budovaného na planině Chajnantor. V současnosti ESO plánuje výstavbu Evropského extrémně velkého dalekohledu (E-ELT), který bude mít průměr primárního zrcadla 42 metrů. Měl by pracovat v infračerveném i viditelném oboru záření a stane se největším dalekohledem světa.

Odkazy

• odborný článek - Nature
• další informace o reionizaci: http://en.wikipedia.org/wiki/Reionization
• Marcelo Alvarez, simulace reionizace http://www.cita.utoronto.ca/~malvarez/index.shtml

Kontakty

Matthew Lehnert; Observatoire de Paris; France; Tel: +33 1 45 07 76 11; Email:

matthew.lehnert@obspm.fr

Nicole Nesvadba; Institut d'Astrophysique Spatiale; Tel: +33 1 69 15 36 54; Cell: +33 6 28 28 14 26; Email: nicole.nesvadba@ias.u-psud.fr

Mark Swinbank; Durham University; United Kingdom; Tel: +44 191 334 3786; Cell: +44 7920 727 126; Email: a.m.swinbank@durham.ac.uk

Douglas Pierce-Price; ESO Public Information Officer; Garching, Germany; Tel: +49 89 3200 6759; Email: dpiercep@eso.org

Překlad: Jiří Srba
Národní kontakt: Viktor Votruba +420 267 103 040; votruba@physics.muni.cz

autor: Jiří Srba