Vysvětleno, proč přehlídky nevidí 90 procent vzdálených galaxií

ESO 013/10 tisková zpráva

Díky extrémně hloubkové přehlídce, provedené pomocí dalekohledu ESO/VLT a unikátního speciálně připraveného filtru astronomové potvrdili, že přes mnohé přehlídkové projekty vzdáleného vesmíru zůstává neobjevena značná část galaxií, jejichž světlo k nám putuje více jak 10 miliard let. V rámci přehlídky VLT bylo mimo jiné nalezeno také několik dosud nejslabších pozorovaných galaxií z ranné fáze vývoje vesmíru.

K odhadu množství hvězd vytvořených ve velmi mladém vesmíru astronomové používají charakteristickou vlnovou délku záření vysílaného vodíkem, výraznou spektrální čáru označovanou jako Lyman-alfa [1]. Jenže již dlouho existuje podezření, že v rámci přehlídkových projektů zůstane mnoho vzdálených galaxií zcela nepovšimnuto. Nová přehlídka, provedená pomocí VLT, ukázala, že je tomu přesně tak. Většina záření na vlnové délce čáry Lyman-alfa je totiž zachycena ještě uvnitř stejné galaxie, kde k emisi došlo, a tedy až 90 % galaxií zůstane nepozorováno v rámci projektů, které princip založený na sledování emise Lyman-alfa využívají.  
 
„Astronomové od počátku vědí, že existuje určité procento galaxií, které přehlídkám na čáře Lyman-alfa unikají,“ vysvětluje  Matthew Hayes, vedoucí autor článku, publikovaného tento týden v časopise Nature, „ale nyní poprvé máme pozorování, které potvrzuje, že počet neodhalených galaxií je opravdu velký.“ 

Aby ukázali, kolik záření se ztrácí, Hayes a jeho spolupracovníci použili kameru FORS a dalekohled VLT ve spojení se speciálně připraveným úzkopásmovým filtrem [2], a provedli měření v čáře Lyman-alfa přesně stejnou metodologií, jakou používají přehlídkové projekty. Zároveň však novou kamerou HAWK-I a druhým dalekohledem VLT sledovali stejnou oblast oblohy na odlišných vlnových délkách, včetně další vodíkové čáry H-alfa. Zvláště se pak soustředili na objekty vzdálenější než 10 miliard světelných let (s rudým posuvem z > 2,2 [3]), a to ve velmi dobře známé části oblohy označované jako GOODS-South field (jižní pole přehlídky GOODS).
 
„Vůbec poprvé byla takto malá část oblohy sledována do takové hloubky na dvojici velmi specifických vodíkových čar, což se ukázalo jako velmi podstatné,“ říká člen týmu Göran Östlin. Provedená přehlídka byla opravdu 'hluboká' a odhalila některé z vůbec nejslabších dosud pozorovaných galaxií v ranné fázi vývoje vesmíru. Na základě těchto nových poznatků mohou astronomové definitivně říci, že tradiční Lyman-alfa přehlídky vzdálených galaxií pozorují jen velmi malou část emitovaného záření, jelikož většina fotonů na této vlnové délce je pohlcena při interakci s mezihvězdnými oblaky plynu a prachu. Tento efekt je mnohem významnější pro čáru Lyman-alfa než pro H-alfa. Výsledkem je závěr, že tradiční přehlídky prostě nevidí až 90 % galaxií, čili, jak říká Hayens, “jestliže pozorujete deset galaxií, pravděpodobně jich ve stejném poli existuje sto.“

Různé pozorovací metody založené na sledování odlišných vlnových délek světla vždy poskytnou pouze nekompletní pohled na okolní vesmír. Výsledkem tohoto experimentu je velmi silné varování pro kosmology, kteří na silné emise Lyman-alfa čím dál více spoléhali při výzkumu prvních galaxií zformovaných v raném vesmíru. „Nyní, když víme, jak velké procento záření k nám nedorazí, můžeme začít vymýšlet mnohem přesnější modely kosmu, které umožní lépe pochopit, jak rychle probíhalo formování hvězd v různých epochách existence vesmíru,“ říká spoluautor Miguel Mas-Hesse.  

Tento průlomový objev byl možný díky unikátní kameře HAWK-I uvedené do provozu v roce 2007. „Existuje jen několik kamer s širším zorným polem, a ty jsou umístěny na dalekohledech s méně než polovičním průměrem ve srovnání s VLT. Tedy jedině systém VLT/HAWK-I je reálně schopen efektivně hledat takto slabé objekty v kosmologických vzdálenostech,“ říká člen týmu Daniel Schaerer.
 

Zdroj

 
Poznámky

[1] Spektrální čára Lyman-alfa je emitována excitovaným atomem vodíku (přesněji řečeno foton Lyman-alfa je emitován při přechodu elektronu z první excitované hladiny na hladinu základní). Vlnová délka čáry Lyman-alfa je 121,6 nm; jedná se tedy o ultrafialové záření. Jde o první spektrální čáru takzvané Lymanovy série pojmenované po svém objeviteli Theodore Lymanovi.

Takzvaná Balmerova série je skupina spektrálních čar vyzařovaných taktéž vodíkem, ale v tomto případě excitovaný elektron sestupuje z vyšší hladiny pouze na první excitovanou. Prví čarou této skupiny je H-alfa s vlnovou délkou 656,3 nm.

Většina vodíkových atomů v galaxii je v základním stavu. Čára Lyman-alfa je absorbována efektivněji. Pohlcení fotonu H-alfa totiž vyžaduje přítomnost elektronu na druhé excitované hladivě a jelikož to je velmi neobvyklé v chladném mezihvězdném prostředí prostupujícím galaxii, je plyn pro H-alfa téměř dokonale průhledný.

[2] Úzkopásmový filtr je optický filtr umožňující průchod pouze velmi úzké oblasti vlnových délek světla kolem přesně definovaného středu (obvykle specifické spektrální čáry Lymanovy či Balmerovy série).

[3] Jelikož se vesmír rozpíná, světlo vzdálených objektů podléhá takzvanému rudému posuvu, který závisí na vzdálenosti. Záření objektu je posunuto k červené části spektra. Rudý posuv z = 2,2 odpovídá galaxiím, které se nacházejí ve vzdálenosti cca 10 miliard světelných let od nás a jejich světlo je posunuto asi 3,2krát. Čáru Lyman alfa tedy nalezneme na vlnové délce ~ 390 nm, v blízkosti viditelné oblasti spektra, která může být pozorována přístrojem FORS na ESO/VLT. Čára H-alfa je pak posunuta do blízké infračervené oblasti na 2,1 mikrometru (2 100 nm) a je možné ji pozorovat kamerou HAWK-I.

Další informace

Výzkum byl prezentován v časopise Nature pod názvem 'Escape of about five per cent of Lyman-a photons from high-redshift star-forming galaxies' autorů M. Hayes a kol..

Složení týmu: Matthew Hayes, Daniel Schaerer a Stéphane de Barros (Observatoire Astronomique de l'Université de Genève, Switzerland), Göran Östlin a Jens Melinder (Stockholm University, Sweden), J. Miguel Mas-Hesse (CSIC-INTA, Madrid, Spain), Claus Leitherer (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA), Hakim Atek a Daniel Kunth (Institut d'Astrophysique de Paris, France) a Anne Verhamme (Oxford Astrophysics, U.K.).

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.

•     odborný článek

Kontakty

Matt Hayes; Observatory of Geneva, Switzerland; Tel: +41 22 379 24 32; Cell: +41 76 243 13 55; Email: matthew.hayes@unige.ch

Miguel Mas-Hesse; Centro de Astrobiologia (CSIC-INTA), Spain; Tel: +34 91 813 1196/1161; Cell: +34 615145651; Email: mm@cab.inta-csic.es

Göran Östlin; Department of Astronomy; Stockholm University, Sweden; Tel: +46 8 55 37 85 13; Email: ostlin@astro.su.se

Henri Boffin; VLT Press Officer; ESO, Garching, Germany; Tel: +49 89 3200 6222; Cell: +49 174 515 43 24; Email: hboffin@eso.org

Překlad: Jiří Srba, Hvězdárna Valašské Meziříčí
Národní kontakt: Pavel Suchan +420 267 103 040; suchan@astro.cz