Bildkredit: ESO
Genom att använda ISAAC-instrumentet nära infraröd på ESO: s Very Large Telescope och förstoringseffekten av en gravitationslins har ett team av franska och schweiziska astronomer [2] hittat flera svaga galaxer som tros vara de mest avlägsna kända.
Ytterligare spektroskopiska studier av en av dessa kandidater har gett ett starkt fall för vad som nu är den nya rekordinnehavaren - och överlägset - av den mest avlägsna galaxen som är känd i universum.
Den nyligen upptäckta galaxen heter Abell 1835 IR1916 och har en rödförskjutning på 10 [3] och ligger ungefär 13 230 miljoner ljusår bort. Det ses därför vid en tidpunkt då universum bara var 470 miljoner år unga, det vill säga knappt 3 procent av dess nuvarande ålder.
Denna ursprungliga galax verkar vara tiotusen gånger mindre massiv än vår galax, Vintergatan. Det kan mycket väl vara bland de första klassens föremål som slutade universumets mörka åldrar.
Denna anmärkningsvärda upptäckt illustrerar potentialen hos stora markbaserade teleskoper i det nära infraröda området för utforskningen av det mycket tidiga universum.
Gräver i det förflutna
Liksom paleontologer som gräver djupare och djupare för att hitta de äldsta resterna, försöker astronomer titta längre och mer för att granska det mycket unga universum. Den ultimata strävan? Hitta de första stjärnorna och galaxerna som bildades strax efter Big Bang.
Mer exakt försöker astronomer att utforska de sista "okända territorierna", gränsen mellan "Mörka åldrarna" och "Kosmisk renässans".
Ganska kort efter Big Bang, som nu tros ha ägt rum för ungefär 13 700 miljoner år sedan, stupade universum i mörker. Relikstrålningen från den ursprungliga eldkula hade sträckts av den kosmiska expansionen mot längre våglängder och varken stjärnor eller kvasarer hade ännu bildats som kunde belysa det stora rymden. Universum var en kall och ogenomskinlig plats. Denna dystra era kallas därför ganska rimligt "Dark Ages".
Några hundra miljoner år senare producerade den första generationen stjärnor och, senare fortfarande, de första galaxerna och kvasarerna, intensiv ultraviolett strålning och lyftte gradvis dimman över universum.
Detta var slutet av de mörka åldrarna, och med en term som åter tagits över från mänsklig historia, kallas ibland den ”kosmiska renässansen”.
Astronomer försöker fastställa när - och hur - exakt de mörka åldrarna slutade. Detta kräver att man letar efter de mest avlägsna föremålen, en utmaning som bara de största teleskopen, i kombination med en mycket noggrann observationsstrategi, kan ta upp.
Med hjälp av ett gravitationellt teleskop
Med tillkomsten av 8-10 meter teleskop har klassiska framsteg uppnåtts under det senaste decenniet. Faktum är att det sedan har blivit möjligt att med viss detalj observera flera tusen galaxer och kvasarer ut till avstånd på nästan 12 miljarder ljusår (dvs upp till en röd förskjutning av 3 [3]) Med andra ord kan astronomer nu studera enskilda galaxer, deras bildning, evolution och andra egenskaper över typiskt 85% av universums tidigare historia.
I det förflutna blir emellertid observationer av galaxer och kvasarer knappa. För närvarande ses bara en handfull mycket svaga galaxer cirka 1 200 till 750 miljoner år efter Big Bang (rödskift 5-7). Utöver detta har dessa källors svaghet och deras ljusförskjutning från det optiska till det nära infraröda hittills begränsat studierna hårt.
Ett viktigt genombrott i denna strävan efter den tidigaste bildade galaxen har nu uppnåtts av ett team av franska och schweiziska astronomer [2] som använder ESO: s Very Large Telescope (VLT) utrustat med det nära infraröda känsliga instrumentet ISAAC. För att åstadkomma detta var de tvungna att kombinera ljusförstärkningseffekten av ett kluster av galaxer - ett gravitationsteleskop - med ljusuppsamlingskraften hos VLT och de utmärkta himmelförhållandena som rådde vid Paranal.
Söker efter avlägsna galaxer
Jakten på sådana svaga, svårfångade föremål kräver en särskild strategi.
Först och främst togs mycket djupa bilder av ett kluster av galaxer med namnet Abell 1835 med hjälp av ISAAC-instrumentet nära infraröd på VLT. Sådana relativt närliggande massiva kluster kan böja och förstärka ljuset från bakgrundskällor - ett fenomen som kallas Gravitational Lensing och förutses av Einsteins teori om generell relativitet.
Denna naturliga förstärkning gör det möjligt för astronomerna att titta på galaxer som annars skulle vara för svaga för att bli sett. När det gäller den nyupptäckta galaxen förstärks ljuset cirka 25 till 100 gånger! Kombinerat med kraften hos VLT har det därmed varit möjligt att avbilda och till och med ta ett spektrum av denna galax. Den naturliga förstärkningen ökar faktiskt VLT-öppningen från 8,2-m till 40-80 m.
De djupa nära IR-bilderna tagna med olika våglängder har gjort det möjligt för astronomerna att karakterisera egenskaperna hos några tusen galaxer i bilden och välja en handfull av dem som potentiellt mycket avlägsna galaxer. Genom att använda tidigare erhållna bilder tagna vid Canada-France-Hawaii Telescope (CFHT) på Mauna Kea och bilder från Hubble Space Telescope har det sedan verifierats att dessa galaxer verkligen inte syns i det optiska. På detta sätt erkändes sex kandidatgalaxer med hög rödväxling vars ljus kan ha sänts ut när universum var mindre än 700 miljoner år gammalt.
För att bekräfta och få en mer exakt bestämning av avståndet för en av dessa galaxer, fick astronomerna Director's Discretionary Time för att åter använda ISAAC på VLT, men den här gången i sitt spektroskopiska läge. Efter flera månader med noggrann analys av uppgifterna är astronomerna övertygade om att ha upptäckt ett svagt men tydligt spektralt inslag i den nära infraröda domänen. Astronomerna har gjort ett starkt fall att denna funktion med säkerhet är Lyman-alfa-utsläppslinjen som är typisk för dessa objekt. Denna linje, som förekommer i laboratoriet med en våglängd av 0,1216 m m, det vill säga i ultravioletten, har sträckts till den nära infraröda vid 1,34 m m, vilket gör Abell 1835 IR1916 till den första galaxen som är känd för att ha en rödskift så stor som 10.
Den hittills mest kända galaxen
Detta är det starkaste fallet för en rödförskjutning utöver den nuvarande spektroskopiskt bekräftade posten vid z = 6,6 och det första fallet med en tvåsiffrig rödförskjutning. Förstorade universums ålder till en persons livstid (80 år, säg), den tidigare bekräftade posten visade ett fyraårigt barn. Med de nuvarande observationerna har vi en bild av barnet när han var två och ett halvt år gammalt.
Från bilderna av denna galax som erhållits i de olika vågbanden drar astronomerna ut att den genomgår en period med intensiv stjärnbildning. Men mängden bildade stjärnor beräknas vara ”bara” 10 miljoner gånger solens massa, ungefär tio tusen gånger mindre än massan på vår galax, Vintergatan.
Med andra ord, det astronomerna ser är den första byggstenen i dagens stora galaxer. Detta resultat överensstämmer väl med vår nuvarande förståelse av processen för galaxbildning som motsvarar en successiv uppbyggnad av de stora galaxerna som idag ses genom många sammanslagningar av ”byggstenar”, mindre och yngre galaxer som bildats tidigare.
Det är dessa byggstenar som kan ha tillhandahållit de första ljuskällorna som lyft dimman över universum och slutat mörkeråldern.
För Roser Pell ?, från Observatoire Midi-Pyrénes (Frankrike) och medledare för teamet, "dessa observationer visar att under utmärkta himmelförhållanden som vid ESOs Paranal Observatory, och med stark gravitationslinsning, direkta observationer av avlägsna galaxer nära mörkmåldern är möjliga med de bästa markbaserade teleskopen. ”
Den andra medledaren för teamet, Daniel Schaerer från Genèveobservatoriet och universitetet (Schweiz), är upphetsad: "Denna upptäckt öppnar vägen för framtida utforskningar av de första stjärnorna och galaxerna i det tidiga universum."
Mer information
Informationen som presenteras i detta pressmeddelande är baserad på en forskningsartikel i den europeiska forskningstidsskriftet "Astronomy & Astrophysics" (A&A, volym 416, sida L35; "ISAAC / VLT-observationer av en linsad galax vid z = 10.0" av Roser Pell? , Daniel Schaerer, Johan Richard, Jean-Fran? Ois Le Borgne och Jean-Paul Kneib). Det är tillgängligt på webben på EDP: s webbplats.
Ytterligare förklaringar och bilder finns på författarnas webbsida, på http://obswww.unige.ch/sfr och http://webast.ast.obs-mip.fr/galaxies/
Ursprungskälla: ESO News Release
