Billedkredit: ESO
Selvom universet i øjeblikket generelt er en beige farve, plejede det at være mere blå, ifølge astronomer med European Southern Observatory. Astronomerne udarbejdede afstanden og farven til 300 galakser, der var indeholdt i Hubble Deep Sky-undersøgelsen, der kiggede dybt på et område med himmel i den sydlige stjernebilledet Tuscanae.
Et internationalt team af astronomer [1] har bestemt farven på universet, da det var meget ung. Mens universet nu er en slags beige, var det meget blåere i den fjerne fortid, på et tidspunkt, hvor det kun var 2.500 millioner år gammelt.
Dette er resultatet af en omfattende og grundig analyse af mere end 300 galakser set inden for et lille sydligt himmelområde, det såkaldte Hubble Deep Field South. Hovedmålet med denne avancerede undersøgelse var at forstå, hvordan det stjernernes indhold i universet blev samlet og har ændret sig over tid.
Den hollandske astronom Marijn Franx, et teammedlem fra Leiden-observatoriet (Holland), forklarer: ”Den blå farve i det tidlige univers skyldes det overvejende blåt lys fra unge stjerner i galakserne. Den rødere farve i Space Magazine er forårsaget af det relativt større antal ældre, rødere stjerner. ”
Teamlederen, Gregory Rudnick fra Max-Planck Institut f? R Astrophysics (Garching, Tyskland) tilføjer: ”Da den samlede lysmængde i universet i fortiden var omtrent den samme som i dag, og en ung blå stjerne udsender meget mere lys end en gammel rød stjerne, må der have været markant færre stjerner i det unge univers end der er nu. Vores nye konklusioner antyder, at flertallet af stjerner i universet blev dannet relativt sent, ikke så længe før vores sol blev født, i et øjeblik, hvor universet var omkring 7.000 millioner år gammelt. ”
Disse nye resultater er baseret på unikke data indsamlet i mere end 100 timers observationer med ISAAC multimodusinstrumentet ved ESOs Very Large Telescope (VLT) som en del af et større forskningsprojekt, Faint InfraRed Extragalactic Survey (FIRES). Afstandene til galakserne blev estimeret ud fra deres lysstyrke i forskellige optiske nær-infrarøde bølgelængdebånd.
Iagttagelse af det tidlige univers
Det er nu velkendt, at Solen blev dannet for ca. 4,5 milliarder år siden. Men hvornår dannede de fleste af de andre stjerner i vores hjemmegalaxi sig? Og hvad med stjerner i andre galakser? Dette er nogle af de vigtigste spørgsmål i nutidens astronomi, men de kan kun besvares ved hjælp af observationer med verdens største teleskoper.
En måde at tackle disse problemer på er at observere det meget unge univers direkte - ved at se tilbage i tiden. Til dette drager astronomer fordel af det faktum, at lys, der udsendes fra meget fjerne galakser, rejser længe, før de når os. Når astronomer ser på sådanne fjerne objekter, ser de dem således, som de syntes for længe siden.
Disse fjerntliggende galakser er imidlertid ekstremt svage, og disse observationer er derfor teknisk vanskelige. En anden komplikation er, at på grund af universets udvidelse flyttes lys fra disse galakser mod længere bølgelængder [2], ud af det optiske bølgelængdeområde og ind i det infrarøde område.
For at studere de tidlige galakser i detaljer, skal astronomer derfor bruge de største jordbaserede teleskoper til at opsamle deres svage lys under meget lange eksponeringer. Derudover skal de bruge infrarøde følsomme detektorer.
Teleskoper som kæmpe øjne
"Hubble Deep Field South (HDF-S)" er en meget lille del af himlen i den sydlige konstellation Tucanae ("Toucan"). Det blev valgt til meget detaljerede undersøgelser med Hubble-rumteleskopet (HST) og andre kraftfulde teleskoper. Optiske billeder af dette felt opnået af HST repræsenterer en samlet eksponeringstid på 140 timer. Mange jordbaserede teleskoper har også fået billeder og spektre af genstande i dette himmelområde, især ESO-teleskoper i Chile.
Et himmelområde på 2,5 x 2,5 arcmin2 i retning af HDF-S blev observeret i forbindelse med en grundig undersøgelse (Faint InfraRed Extragalactic Survey; FIRES, se ESO PR 23/02). Det er lidt større end det felt, der er dækket af WFPC2-kameraet på HST, men stadig 100 gange mindre end det område, der er underlagt af fuldmåne.
Hver gang dette felt var synligt fra ESO Paranal Observatory og de atmosfæriske forhold var optimale, pegede ESO-astronomer det 8,2 m lange VLT ANTU-teleskop i denne retning og tog næsten infrarøde billeder med ISAAC multimodusinstrumentet. I alt blev feltet observeret i mere end 100 timer, og de resulterende billeder (se ESO PR 23/02) er de dybeste jordbaserede udsigter i de næsten infrarøde Js- og H-bånd. Ks-band-billedet er det dybeste nogensinde opnået af ethvert himmelfelt i dette spektrale bånd, hvad enten det er fra jorden eller fra rummet.
Disse unikke data giver en enestående udsigt og har nu muliggjort hidtil usete undersøgelser af galakspopulationen i det unge univers. På grund af de ekstraordinære udsynsbetingelser i Paranal har de data, der er opnået med VLT, en fremragende billedskarphed (en "se" på 0,48 bue) og kan kombineres med de HST optiske data uden næsten intet kvalitetstab.
En blåere farve
Astronomerne var i stand til entydigt at registrere omkring 300 galakser på disse billeder. For hver af dem målte de afstanden ved at bestemme rødskiftet [2]. Dette blev gjort ved hjælp af en nyligt forbedret metode, der er baseret på sammenligningen af lysstyrken for hvert objekt i alle de individuelle spektrale bånd med det for et sæt nærliggende galakser.
På denne måde blev galakser fundet i marken med rødskift så højt som z = 3,2, svarende til afstande omkring 11.500 millioner lysår. Med andre ord så astronomerne lyset fra disse meget fjerntliggende galakser, som de var, da universet kun var omkring 2,2 milliarder år gammelt.
Astronomerne bestemte derefter mængden af lys udsendt af hver galakse på en sådan måde, at virkningen af rødskiftet blev "fjernet". Det vil sige, de målte lysmængden ved forskellige bølgelængder (farver), som det ville være blevet optaget af en observatør i nærheden af den galakse. Dette henviser naturligvis kun til lyset fra stjerner, der ikke er tungt tilsløret af støv.
Opsummering af lyset, der udsendes ved forskellige bølgelængder af alle galakser ved en given kosmisk epoke, kunne astronomerne også bestemme universets gennemsnitlige farve (den "kosmiske farve") på den epoke. Desuden var de i stand til at måle, hvordan denne farve har ændret sig, efterhånden som universet blev ældre.
De konkluderer, at den kosmiske farve bliver rødere med tiden. Især var det meget blåere i fortiden; nu, i en alder af næsten 14.000 millioner år, har universet en slags beige farve.
Hvornår dannede stjerner sig?
Ændringen af den kosmiske farve med tiden kan være interessant i sig selv, men det er også et vigtigt redskab til at bestemme, hvor hurtigt stjerner blev samlet i universet.
Selv om stjernedannelsen i individuelle galakser kan have komplicerede historier, som nogle gange accelererer til ægte "stjernebrydninger", viser de nye observationer - nu baseret på mange galakser - at den "gennemsnitlige historie" for stjernedannelse i universet er meget enklere. Dette fremgår af den observerede, glatte ændring af den kosmiske farve, efterhånden som universet blev ældre.
Ved hjælp af den kosmiske farve var astronomerne også i stand til at bestemme, hvordan middelalderen for relativt uobserverede stjerner i universet ændrede sig med tiden. Da universet var meget blåere i fortiden, end det er nu, konkluderede de, at universet ikke producerer så mange blå (høj masse, kortvarige) stjerner nu, som det var tidligere, samtidig med at de røde (lave masse) , langlivede) stjerner fra tidligere generationer af stjernedannelse er stadig til stede. Blå, massive stjerner dør hurtigere end røde stjerner med lav masse, og derfor, når alderen for en gruppe stjerner stiger, dør de blå kortvarige stjerner, og gruppens gennemsnitlige farve bliver rødere. Det gjorde universet som helhed.
Denne adfærd ligner en vis aldringstendens i moderne vestlige lande, hvor der fødes mindre babyer end tidligere, og mennesker lever længere end tidligere, med den samlede effekt, at middelalderen for befolkningen stiger.
Astronomerne bestemte, hvor mange stjerner der allerede var dannet, da universet kun var omkring 3.000 millioner år gammelt. Unge stjerner (med blå farve) udsender mere lys end ældre (rødere) stjerner. Da der imidlertid var omtrent lige så meget lys i det unge univers, som der er i dag - selvom galakserne nu er meget rødere - betyder dette, at der var færre stjerner i det tidlige univers end i dag. Den nuværende undersøgelse antyder, at der var ti gange færre stjerner på det tidlige tidspunkt, end der er nu.
Endelig fandt astronomerne, at omtrent halvdelen af stjernerne i de observerede galakser er dannet efter det tidspunkt, hvor universet var omkring halvdelen så gammelt (7.000 millioner år efter Big Bang), som det er i dag (14.000 millioner år).
Selvom dette resultat blev afledt af en undersøgelse af et meget lille himmelfelt og derfor måske ikke er fuldstændig repræsentativt for universet som helhed, har det vist sig, at det nuværende resultat holder i andre himmelfelter.
Original kilde: ESO News Release
