Staře vypadající galaxie v mladém vesmíru

ESO 008/15 tisková zpráva

ALMA a VLT zkoumají překvapivě zaprášenou a vyvinutou galaxii

Jedna z nejvzdálenějších dosud spatřených galaxií umožnila astronomům získat vůbec první pozorování prachu v takto vzdáleném systému s probíhající tvorbou hvězd. Jedná se o provokativní důkaz rychlého vývoje galaxií, který následoval po Velkém třesku. K získání těchto výsledků astronomové využili radioteleskop ALMA, který odhalil slabou září chladného prachu v galaxii A1689-zD1, a také dalekohled VLT, s jehož pomocí byla změřena vzdálenost objektu.

Darach Watson (University of Copenhagen) s týmem svých spolupracovníků využili dalekohled ESO/VLT (Very Large Telescope) a přístroj X-shooter společně s daty získanými pomocí radioteleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ke zkoumání jedné z nejmladších a nejvzdálenějších galaxií, jaká byla dosud nalezena. Pro astronomy bylo velkým překvapením, když spatřili mnohem vyvinutější systém, než jaký očekávali. Měl v sobě podíl prachových částic podobný tomu, jaký pozorujeme u mnohem starších galaxií (například u naší Galaxie). Tyto prachové částice jsou nezbytné pro vývoj života, jelikož umožňují vznik malých planet, složitých molekul a běžných hvězd. 

Objektem jejich zájmu byla galaxie označená A1689-zD1 [1]. Je pozorovatelná pouze díky tomu, že její jasnost je zvýšena 9krát prostřednictvím efektu gravitační čočky (gravitational lens), který způsobuje mezilehlá kupa galaxií Abell 1689. Bez její pomoci by tento objekt byl příliš slabý, aby bylo možné jej detekovat současnou technikou. 

Galaxii A1689-zD1 vidíme tak, jak vypadala, když byl vesmír pouze 700 milionů let starý, což představuje pouze 5 % jeho současného stáří [2]. Je to relativně drobný systém, mnohem méně hmotný a méně zářící než další podobné objekty, které byly zkoumány v této fázi vývoje vesmíru. Na rozdíl od nich je tedy typickým příkladem galaxií existujících v tomto období.     

Galaxii A1689-zD1 pozorujeme tak, jak vypadala v období 'reionizace' vesmíru (reionisation). Tedy v době, kdy začínaly zářit první hvězdy, které poprvé osvětlovaly ohromný průhledný vesmír, čímž ukončili období jeho vývoje označované jako 'temný věk' (Dark Ages). Galaxie překvapila astronomy svým komplexním chemickým složením a také obsahem mezihvězdného prachu.

Darach Watson k tomu říká: „Poté, co byla vzdálenost galaxie potvrzena na základě pozorování provedených pomocí VLT, jsme zjistili, že stejná oblast byla nedávno pozorována také radioteleskopem ALMA. Nečekali jsme, že něco najdeme, ale když jsme zjistili, že galaxie byla nejen pozorována, ale také pozitivně identifikována v datech, bylo to opravdu vzrušující. Jedním z hlavních úkolů přístroje ALMA je detekce galaxií v mladém vesmíru na základě elektromagnetického vyzařování chladného prachu a plynu, a tady se to podařilo!“

Tato galaxie měla být v počátečních stádiích vývoje, ale ukázalo se, že je téměř dospělá. V tomto věku by měla být chudá na těžší chemické prvky – kovy (všechny prvky kromě vodíku a hélia jsou z astronomického pohledu považovány za kovy). Vznikají až v nitrech hvězd a do okolního prostoru se rozptylují teprve následkem exploze supernovy. Tento proces se musí zopakovat v mnoha generacích hvězd, aby vzniklo významné množství těžších prvků, jako je uhlík, kyslík či dusík. 

Galaxie A1689-zD1 překvapivě vyzařuje mnoho energie ve formě dalekého infračerveného záření [3], což naznačuje, že již vytvořila mnoho hvězd a značné množství kovů. Ukazuje se nejen že obsahuje prach, ale dokonce je podíl prachu a plynu velmi podobný tomu, jaký pozorujeme u mnohem vyvinutějších galaxií.

„Ačkoliv původ tohoto prachu zůstává záhadou,“ vysvětluje Darach Watson,“ naše objevy naznačují, že k jeho produkci dochází velmi rychle, a to v průběhu pouhých 500 milionů let po zahájení procesu vzniku hvězd ve vesmíru – což je velmi krátké kosmologické období, bereme-li v úvahu, že většina hvězd žije miliardy let.“  

Získané informace naznačují, že galaxie A1689-zD1 musela průběžně vytvářet nové hvězdy průměrnou rychlostí již 560 milionů let po velkém třesku, anebo musela velmi rychle projít obdobím extrémně rychlého formování hvězd (starburst) předtím, než vstoupila pozvolné fáze tohoto procesu.

Před tím, než byly získány tyto výsledky, panovala mezi astronomy shoda, že takto vzdálené galaxie by neměly být tímto způsobem vůbec detekovatelné. A1689-zD1 však byla zachycena i pomocí velmi krátkého pozorování radioteleskopem ALMA.

Spoluautor článku, Kirsten Knudsen (Chalmers University of Technology, Švédsko), k tomu dodává: „Tato podivuhodně zaprášená galaxie vypadá, jako by velmi spěchala s tvorbou prvních generací hvězd. V budoucnu bude radioteleskop ALMA schopen astronomům pomoci objevit více takových galaxií a pochopit, proč v nich dochází k tak prudkému formování hvězd.“

Zdroj

Poznámky

[1] Galaxie byla zaznamenána již v minulosti na snímcích z kosmického dalekohledu HST. Předpokládalo se, že je velmi daleko, vzdálenost však nebylo v té době možné přesně změřit.

[2] To odpovídá rudému posuvu 7,5.

[3] Vlnová délka emitovaného záření je protažena v důsledku expanze Vesmíru natolik, že dnes (poté co záření doputovalo až k Zemi) spadá do oboru milimetrových vln, které detekuje právě radioteleskop ALMA.

Další informace

Výzkum je prezentován v článku “A dusty, normal galaxy in the epoch of reionization” autorů D. Watson a kol., který byl publikován 2. března 2015 ve vědeckém časopise Nature.

Složení týmu: D. Watson (Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Dánsko), L. Christensen (University of Copenhagen), K. K. Knudsen (Chalmers University of Technology, Švédsko), J. Richard (CRAL, Observatoire de Lyon, Saint Genis Laval, Francie), A. Gallazzi (INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Itálie) a M. J. Michalowski (SUPA, Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, UK).

Odkazy

• vědecký článek
• snímky dalekohledu VLT
• snímky radioteleskopu ALMA

Kontakty

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

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

Darach Watson; Niels Bohr Institute; University of Copenhagen, Denmark; Tel: +45 2480 3825; Email: darach@dark-cosmology.dk

Kirsten K. Knudsen; Chalmers University of Technology; Onsala, Sweden; Tel: +46 31 772 5526; Cell: +46 709 750 956; Email: kirsten.knudsen@chalmers.se

Richard Hook; ESO education and Public Outreach Department; Garching bei München, Germany; Tel: +49 89 3200 6655; Cell: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org

Toto je překlad tiskové zprávy ESO eso1508. ESON -- ESON (ESO Science Outreach Network) je skupina spolupracovníku z jednotlivých členských zemí ESO, jejichž úkolem je sloužit jako kontaktní osoby pro lokální média.