Pozorování gama záblesků pomocí dalekohledu VLT odhalilo překvapivé složení raných galaxií

ESO 043/11 tisková zpráva

Mezinárodní tým astronomů použil jasné světlo vzdálených záblesků gama jako sondu ke studiu složení velmi vzdálených galaxií. Nová pozorování pomocí dalekohledu ESO/VLT překvapivě odhalila, že některé z galaxií v mladém vesmíru jsou bohatší na těžší chemické prvky než naše Slunce.

Záblesky gama patří k nejjasnějším explozím ve vesmíru [1]. Nejprve jsou zaznamenány družicemi, které detekují počáteční krátkou spršku paprsků gama. Po určení polohy zdroje jsou objekty ihned sledovány pomocí velkých pozemních dalekohledů, které mohou pozorovat viditelné a infračervené záření dosvitu, jež zdroj generuje v hodinách a dnech následujících po samotném záblesku. Jeden takový záblesk označený GRB 090323 [2] pozorovala jako první družice Swift (NASA). Krátce nato byl nalezen pozemní stanicí systému GROND (Chile, eso1049) a následně asi den po vzplanutí detailně studován za použití dalekohledu ESO/VLT.

Pozorování dalekohledu VLT ukázala, že jasné světlo tohoto záblesku prošlo hned dvojicí galaxií. Ty leží blízko sebe a v jedné z nich se záblesk odehrál. Galaxie vidíme tak, jak vypadaly před 12 miliardami let [3] a v takto vzdálených galaxiích pozorujeme záblesky gama jen zřídka.

“Když jsme začali zkoumat světlo tohoto záblesku, netušili jsme, co bychom mohli objevit. Bylo překvapením, jak nečekané chemické složení má chladný plyn v těchto dvou galaxiích raného vesmíru,” vysvětluje Sandra Savaglio (Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Německo), vedoucí autorka článku popisujícího nové výsledky. “Tyto galaxie obsahují více těžších prvků, než bylo kdy pozorováno u kterékoliv jiné galaxie v takto mladém vesmíru. Nečekali jsme, že by vesmír byl natolik chemicky vyvinutý již tak brzy.”

Pří průchodu světla záblesku skrze galaxie hraje přítomný plyn úlohu filtru; absorbuje část záření specifických vlnových délek. Bez záblesku gama by tyto slabé galaxie byly sotva pozorovatelné. Jakmile světlo gama záblesku zesláblo a zmizelo, je nepravděpodobné, že tyto galaxie budou znovu takto podrobně zkoumány. Při pečlivé analýze ‚otisků‘ různých chemických prvků byli členové týmu schopni zjistit, jak jsou galaxie daleko, a také určit, jaké je složení chladného plynu, respektive jak bohaté jsou galaxie na těžší chemické prvky.

Předpokládá se, že u galaxií v mladém vesmíru objevíme menší obsah těžších prvků než u galaxií současných, jako je například ta naše. Těžší prvky jsou totiž vytvářeny během života a smrti generací hvězd a postupně tak obohacují plyn přítomný v galaxiích [4]. Obsah těžších prvků mohou astronomové použít jako indikátor toho, jak daleko ve svém vývoji galaxie dospěla. Nová pozorování ale překvapivě odhalila, že některé galaxie byly již dvě miliardy let po velkém třesku velmi bohaté na těžší prvky. 

Aby mohlo docházet k tak rychlému a efektivnímu obohacování chladného plynu těžšími prvky, musí nově objevený pár galaxií tvořit hvězdy v ohromném množství. Jelikož galaxie jsou blízko sebe, můžeme pozorovat proces slévání, který rovněž podpoří formování hvězd díky kolizím oblaků plynu. Tyto výsledky také podporují ideu, že záblesky gama záření mohou být spojeny s intenzivní tvorbou hvězd. 

Prudká tvorba hvězd v galaxiích, jako je pozorovaná dvojice, mohla skončit již brzy na počátku historie vesmíru. O deset miliard let později, tj. v současnosti, by tyto galaxie mohly obsahovat většinou pozůstatky původních hvězd, jako jsou černé díry a chladné trpasličí hvězdy, a tvořit tak těžko detekovatelnou populaci ‘mrtvých galaxií’, které jsou pouhým odleskem svého bouřlivého mládí. Nalezení příslušníků této skupiny galaxií v současném vesmíru by bylo obtížným úkolem.

"Měli jsem velké štěstí, že jsme pozorovali záblesk GRB 090323, dokud byl ještě dostatečně jasný. Jedině tak bylo možné získat neobvykle detailní pozorování pomocí VLT. Záblesk většinou zůstává jasným jen po velmi krátkou dobu a získání kvalitních dat je obtížné. Doufáme, že budeme moci tyto dvě galaxie pozorovat v budoucnu znovu, s ještě citlivějšími přístroji. Představují výborný cíl pro připravovaný dalekohled E-ELT,“ uzavírá Savaglio.

Poznámky

[1] Záblesky trvající déle než dvě sekundy označujeme jako dlouhé, záblesky s kratším trváním jako krátké. Dlouhé záblesky, jako ten sledovaný v rámci studie, jsou spojeny s výbuchy mladých hmotných hvězd v podobě supernov v galaxiích s mohutnou tvorbou hvězd. Proces krátkých záblesků není ještě zcela pochopen, ale předpokládá se, že jeho příčinou je spojení dvou kompaktních objektů – jako jsou třeba neutronové hvězdy.

[2] Označení udává den, kdy byl záblesk zpozorován; v tomto případě to bylo 23. března 2009.

[3] Galaxie pozorujeme při rudém posuvu 3,57, tedy tak, jak vypadaly asi 1,8 miliardy let po velkém třesku.

[4] Hmota vytvořená při velkém třesku před 13,7 miliardami let byla tvořena téměř výhradně vodíkem a héliem. Většina těžších prvků jako kyslík, dusík nebo uhlík vznikla později termonukleárními reakcemi v nitrech hvězd a následně, v závěrečné fázi života hvězd, vrácena nazpět do rezervoárů plynu v galaxiích. Předpokládá se tedy, že obsah těžších prvků v galaxiích stoupá, jak vesmír stárne.

Další informace

Výzkum byl prezentován v odborném časopise ‘Monthly Notices of the Royal Astronomical Society’ v článku pod názvem 'Super-solar Metal Abundances in Two Galaxies at z ~ 3.57 revealed by the GRB 090323 Afterglow Spectrum'.

Složení týmu: S. Savaglio (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching bei München, Německo [MPE]), A. Rau (MPE), J. Greiner (MPE), T. Krühler (MPE; Technische Universität München, Garching, Německo [TUM]), S. McBreen (University College Dublin, Ireland; MPE), D. H. Hartmann (Clemson University, Clemson, USA), A. C. Updike (Clemson), R. Filgas (MPE), S. Klose (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Německo), P. Afonso (MPE), C. Clemens (MPE), A. Küpcü Yoldas (ESO, Garching, Německo), F. Olivares E. (MPE), V. Sudilovsky (MPE; TUM) a G. Szokoly (Eötvös University, Budapest, Maďarsko).

ESO (Evropská jižní observatoř) je hlavní mezinárodní astronomickou organizací Evropy a patří k nejproduktivnějším astronomickým observatořím světa. Je podporována 15 členskými státy, kterými jsou: Belgie, Brazílie, 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 40 metrů. Měl by pracovat v infračerveném i viditelném oboru záření a stane se největším dalekohledem světa.

Odkazy

• odborný článek
• snímky dalekohledu VLT

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, Ondřejov 251 65, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Sandra Savaglio; Astronomer, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics; Garching bei München, Germany; Tel: +49 89 30000 3358; Cell: +49 151 5194 4223; Email: savaglio@mpe.mpg.de

Richard Hook; ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Cell: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org