Billedkredit: ESO
Ved hjælp af ISAAC nærinfrarødt instrument på ESOs Very Large Telescope og forstørrelseseffekten af en gravitationslinse har et team af franske og schweiziske astronomer [2] fundet flere svage galakser, der menes at være den mest fjernt kendte.
Yderligere spektroskopiske undersøgelser af en af disse kandidater har givet en stærk sag for, hvad der nu er den nye rekordindehaver - og langtfra - af den fjerneste galakse, der er kendt i universet.
Navngivet Abell 1835 IR1916, den nyopdagede galakse har en rødskift på 10 [3] og ligger omkring 13.230 millioner lysår væk. Det ses derfor på et tidspunkt, hvor universet kun var 470 millioner år ung, det vil sige knap 3 procent af sin nuværende alder.
Denne oprindelige galakse ser ud til at være ti tusind gange mindre massiv end vores Galaxy, Mælkevejen. Det kan godt være blandt de første objekter, der sætter en stopper for universets mørke tid.
Denne bemærkelsesværdige opdagelse illustrerer potentialet for store jordbaserede teleskoper i det nær-infrarøde domæne til udforskning af det meget tidlige univers.
At grave i fortiden
Ligesom paleontologer, der grave dybere og dybere for at finde de ældste rester, prøver astronomer at se længere og længere for at undersøge det meget unge univers. Den ultimative søgen? At finde de første stjerner og galakser, der dannede lige efter Big Bang.
Mere præcist forsøger astronomer at udforske de sidste "ukendte territorier", grænsen mellem "mørke aldere" og "kosmisk renæssance".
Snarere kort efter Big Bang, som nu antages at have fundet sted for ca. 13.700 millioner år siden, dykkede universet ud i mørke. Relikstrålingen fra den oprindelige ildkugle var blevet strakt af den kosmiske ekspansion mod længere bølgelængder, og der var endnu ikke dannet stjerner eller kvasarer, som kunne belyse det store rum. Universet var et koldt og uigennemsigtigt sted. Denne mørke æra er derfor ganske rimeligt kaldet ”Dark Ages”.
Et par hundrede millioner år senere producerede den første generation af stjerner og, senere stadig, de første galakser og kvasarer, intens ultraviolet stråling, hvorved tågen gradvist løftes over universet.
Dette var slutningen af den mørke tid, og med et udtryk, der igen er overtaget fra den menneskelige historie, kaldes det undertiden ”den kosmiske renæssance”.
Astronomer forsøger at fastlægge, hvornår - og hvordan - nøjagtigt den mørke tid var færdig. Dette kræver at se efter de fjerneste objekter, en udfordring, som kun de største teleskoper, kombineret med en meget omhyggelig observationsstrategi, kan tage op.
Brug af et gravitationsteleskop
Med fremkomsten af 8-10 meter teleskoper i klasse er der opnået spektakulære fremskridt i løbet af det sidste årti. Faktisk er det siden blevet muligt med nogle detaljer at observere flere tusinde galakser og kvasarer ud til afstande på næsten 12 milliarder lysår (dvs. op til en rødskift på 3 [3]). Med andre ord er astronomer nu i stand til at studere individuelle galakser, deres dannelse, udvikling og andre egenskaber over typisk 85% af universets tidligere historie.
I fortiden er observationer af galakser og kvasarer imidlertid knap. I øjeblikket ses kun en håndfuld meget svage galakser cirka 1.200 til 750 millioner år efter Big Bang (rødskift 5-7). Derudover har besvimelsen af disse kilder og det faktum, at deres lys flyttes fra det optiske til det nær infrarøde, indtil videre meget begrænsede undersøgelserne.
Et vigtigt gennembrud i denne søgen efter den tidligst dannede galakse er nu opnået af et team af franske og schweiziske astronomer [2] ved hjælp af ESOs Very Large Telescope (VLT) udstyret med det næsten infrarøde følsomme instrument ISAAC. For at opnå dette var de nødt til at kombinere lysforstærkningseffekten af en klynge af galakser - et gravitationsteleskop - med VLT's lysopsamlingskraft og de fremragende himmelforhold, der hersker ved Paranal.
Søger efter fjerne galakser
Jakten på sådanne svage, undvigende genstande kræver en særlig tilgang.
Først og fremmest blev meget dybe billeder af en klynge af galakser ved navn Abell 1835 taget ved hjælp af ISAAC nærinfrarødt instrument på VLT. Sådanne relativt nærliggende massive klynger er i stand til at bøje og forstærke lyset fra baggrundskilder - et fænomen kaldet Gravitational Lensing og forudsagt af Einsteins teori om generel relativitet.
Denne naturlige amplifikation gør det muligt for astronomerne at kigge på galakser, som ellers ville være for svage til at blive set. I tilfælde af den nyligt opdagede galakse forstærkes lyset ca. 25 til 100 gange! Kombineret med VLT-kraften har det derved været muligt at afbilde og endda tage et spektrum af denne galakse. Faktisk øger den naturlige forstærkning effektivt åbningen af VLT fra 8,2 m til 40-80 m.
De dybe nær-IR-billeder taget med forskellige bølgelængder har gjort det muligt for astronomerne at karakterisere egenskaberne for et par tusinde galakser i billedet og vælge en håndfuld af dem som potentielt meget fjerne galakser. Ved hjælp af tidligere opnåede billeder taget ved Canada-Frankrig-Hawaii-teleskopet (CFHT) på Mauna Kea og billeder fra Hubble-rumteleskopet er det derefter blevet bekræftet, at disse galakser faktisk ikke ses i det optiske. På denne måde blev seks kandidatgalakser med høj rødskift genkendt, hvis lys muligvis er blevet udsendt, da universet var mindre end 700 millioner år gammelt.
For at bekræfte og opnå en mere præcis bestemmelse af afstanden til en af disse galakser fik astronomerne direktørens diskretionære tid til igen at bruge ISAAC på VLT, men denne gang i sin spektroskopiske tilstand. Efter flere måneders nøje analyse af dataene er astronomerne overbevist om at have opdaget et svagt, men klart spektralt træk i det næsten infrarøde domæne. Astronomerne har fremført en stærk sag om, at denne funktion helt sikkert er Lyman-alpha-emissionslinjen, der er typisk for disse objekter. Denne linje, der forekommer i laboratoriet i en bølgelængde på 0,1216 m m, det vil sige i ultravioletten, er blevet strakt til den nærmeste infrarøde ved 1,34? M, hvilket gør Abell 1835 IR1916 til den første galakse, der vides at have en rødskift så stor som 10.
Den hidtil mest kendte galakse
Dette er det stærkeste tilfælde for en rødskift ud over den nuværende spektroskopisk bekræftede post ved z = 6,6 og det første tilfælde af en dobbeltcifret rødskift. Skalering af universets alder til en persons levetid (80 år, siges), viste den forrige bekræftede rekord en fire-årig lillebørn. Med de nuværende observationer har vi et billede af barnet, da han var to og et halvt år gammelt.
Fra billederne af denne galakse opnået i de forskellige bølgebånd udleder astronomerne, at den gennemgår en periode med intens stjernedannelse. Men mængden af dannede stjerner anslås til at være ”kun” 10 millioner gange solens masse, cirka ti tusind gange mindre end massen af vores Galaxy, Mælkevejen.
Med andre ord, hvad astronomerne ser er den første byggesten til nutidens store galakser. Denne konstatering stemmer godt overens med vores nuværende forståelse af galaxedannelsesprocessen, der svarer til en successiv opbygning af de store galakser set i dag gennem talrige fusioner af ”byggesten”, mindre og yngre galakser dannet i fortiden.
Det er disse byggeklodser, der muligvis har givet de første lyskilder, der løftede tågen over universet og sluttede den mørke tid.
For Roser Pell ?, fra Observatoire Midi-Pyrénes (Frankrig) og medleder af teamet, ”disse observationer viser, at under fremragende himmelforhold som ved ESOs Paranal Observatorium og ved hjælp af stærk gravitationslinsering, direkte observationer af fjerne galakser tæt på den mørke tid er mulige med de bedste jordbaserede teleskoper. ”
Den anden medleder i teamet, Daniel Schaerer fra Genève-observatoriet og universitetet (Schweiz), er begejstret: "Denne opdagelse åbner vejen for fremtidige udforskninger af de første stjerner og galakser i det tidlige univers."
Mere information
Oplysningerne præsenteret i denne pressemeddelelse er baseret på en forskningsartikel i det europæiske forskningstidsskrift “Astronomy & Astrophysics” (A&A, bind 416, side L35; “ISAAC / VLT-observationer af en linset galakse ved z = 10.0” af Roser Pell? , Daniel Schaerer, Johan Richard, Jean-Fran? Ois Le Borgne og Jean-Paul Kneib). Det er tilgængeligt på Internettet på EDP-webstedet.
Yderligere forklaringer og billeder er tilgængelige på forfatterens webside på http://obswww.unige.ch/sfr og http://webast.ast.obs-mip.fr/galaxies/
Original kilde: ESO News Release
