เครดิตรูปภาพ: ESO
ทีมนักดาราศาสตร์ระหว่างประเทศได้ใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มาก (VLT) ของหอดูดาวยุโรปใต้เพื่อมองลึกลงไปในอวกาศและดูกาแลคซีที่อยู่ห่างออกไป 12.6 พันล้านปีแสง - กาแลคซีเหล่านี้กำลังมองเห็น มีการค้นพบกาแลคซีเก่าเพียงไม่กี่แห่งและคอลเล็กชันใหม่นี้ช่วยให้นักดาราศาสตร์สรุปว่าพวกเขาเป็นส่วนหนึ่งของยุคมืดจักรวาลเมื่อกาแลคซีส่องสว่างหายาก - มีเพียง 500 ล้านปีต่อมา
ด้วยการใช้กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มากของ ESO (VLT) นักดาราศาสตร์สองคนจากเยอรมนีและสหราชอาณาจักร [2] ได้ค้นพบกาแลคซีระยะไกลที่สุดบางแห่งที่เคยเห็นมา พวกมันอยู่ห่างออกไปประมาณ 12,600 ล้านปีแสง
มันได้นำแสงที่บันทึกไว้ในขณะนี้โดย VLT ประมาณเก้าในสิบของอายุของจักรวาลเพื่อสำรวจระยะทางอันยิ่งใหญ่นี้ ดังนั้นเราจึงสังเกตกาแลคซีเหล่านั้นเหมือนในเวลาที่เอกภพยังเด็กมากน้อยกว่าประมาณ 10% ของอายุปัจจุบัน ในเวลานี้จักรวาลเกิดขึ้นมาเป็นเวลานานที่รู้จักกันในชื่อ“ ยุคมืด” เข้าสู่ยุค“ จักรวาลยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา” ที่ส่องสว่าง
ซึ่งแตกต่างจากการศึกษาก่อนหน้านี้ซึ่งส่งผลให้มีการค้นพบกาแลคซีที่กระจัดกระจายอยู่ไม่กี่แห่งในยุคแรก ๆ การศึกษานี้พบว่ามีพลเมืองระยะไกลอย่างน้อยหกคนในพื้นที่ท้องฟ้าเล็กน้อยกว่าห้าเปอร์เซ็นต์ของดวงจันทร์เต็ม! สิ่งนี้ทำให้เข้าใจวิวัฒนาการของกาแลคซีเหล่านี้และส่งผลกระทบต่อสถานะของจักรวาลในวัยเยาว์อย่างไร
โดยเฉพาะอย่างยิ่งนักดาราศาสตร์สรุปบนพื้นฐานของข้อมูลเฉพาะของพวกเขาว่ามีกาแลคซีส่องสว่างน้อยลงอย่างมากในจักรวาลในระยะแรกนี้กว่า 500 ล้านปีต่อมา
ดังนั้นจะต้องมีกาแลคซีที่ส่องสว่างน้อยลงจำนวนมากในพื้นที่ของพื้นที่ที่พวกเขาศึกษา มันจะต้องเป็นกาแลคซีที่ยังไม่ปรากฏชื่อซึ่งปล่อยโฟตอนพลังงานส่วนใหญ่ที่จำเป็นในการแตกตัวเป็นไอออนไฮโดรเจนในจักรวาลในยุคนั้นโดยเฉพาะ
ตั้งแต่บิ๊กแบงไปจนถึงยุคฟื้นฟูศิลปวิทยาของจักรวาล
ทุกวันนี้จักรวาลถูกแผ่กระจายโดยรังสีอัลตราไวโอเลตที่มีพลังซึ่งผลิตโดยควาซาร์และดาวฤกษ์ร้อนแรง โฟตอนความยาวคลื่นสั้นปลดปล่อยอิเล็คตรอนจากอะตอมไฮโดรเจนซึ่งประกอบเป็นตัวกลางระหว่างกาซ อย่างไรก็ตามมียุคหนึ่งในประวัติศาสตร์ของจักรวาลเมื่อสิ่งนี้ไม่เป็นเช่นนั้น
จักรวาลแพร่กระจายออกมาจากสถานะเริ่มต้นที่ร้อนแรงและหนาแน่นมากที่เรียกว่าบิกแบง นักดาราศาสตร์เชื่อว่ามันเกิดขึ้นเมื่อประมาณ 13,700 ล้านปีก่อน
ในช่วงสองสามนาทีแรกมีการผลิตโปรตอนนิวตรอนและอิเล็กตรอนจำนวนมหาศาล เอกภพนั้นร้อนมากจนโปรตอนและอิเล็กตรอนลอยอย่างอิสระ: เอกภพนั้นแตกตัวเป็นไอออนอย่างสมบูรณ์
หลังจาก 100,000 ปีจักรวาลได้เย็นลงถึงไม่กี่พันองศาและตอนนี้นิวเคลียสและอิเล็กตรอนรวมกันเป็นอะตอม นักจักรวาลวิทยาอ้างถึงช่วงเวลานี้ว่าเป็น "ยุคแห่งการรวมตัวกันอีกครั้ง" การแผ่รังสีไมโครเวฟพื้นหลังตอนนี้เราสังเกตจากทุกทิศทุกทางแสดงให้เห็นถึงสถานะของความเป็นเอกภาพที่ยิ่งใหญ่ในจักรวาลในยุคที่ห่างไกล
อย่างไรก็ตามนี่เป็นเวลาที่จักรวาลพุ่งเข้าสู่ความมืด อีกด้านหนึ่งการแผ่รังสีที่ระลึกจากลูกไฟในยุคแรกถูกยืดออกโดยการขยายตัวของเอกภพต่อความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นดังนั้นจึงไม่สามารถทำให้ไฮโดรเจนแตกตัวเป็นไอออนได้อีกต่อไป ในทางตรงกันข้ามมันถูกดักจับโดยอะตอมไฮโดรเจนที่เพิ่งก่อตัวขึ้น ในอีกด้านหนึ่งยังไม่มีดาวหรือควาซาร์เกิดขึ้นซึ่งสามารถส่องพื้นที่กว้างใหญ่ ยุคมืดนี้จึงค่อนข้างขนานนามว่า "ยุคมืด" การสังเกตยังไม่สามารถแทรกซึมเข้าสู่ยุคที่ห่างไกล - ความรู้ของเรายังคงเป็นพื้นฐานและขึ้นอยู่กับการคำนวณเชิงทฤษฎี
ไม่กี่ร้อยล้านปีต่อมาหรืออย่างน้อยนักดาราศาสตร์ก็เชื่อว่ามีวัตถุขนาดใหญ่ชิ้นแรกที่ก่อตัวขึ้นจากเมฆก๊าซขนาดใหญ่ที่เคลื่อนที่ไปด้วยกัน ดาวฤกษ์รุ่นแรกและต่อมาเป็นกาแลคซีและควาซาร์แรกก็สร้างรังสีอุลตร้าไวโอเลตอย่างเข้มข้น อย่างไรก็ตามการแผ่รังสีนั้นไม่สามารถเดินทางได้ไกลนักเนื่องจากมันจะถูกดูดกลืนโดยอะตอมไฮโดรเจนซึ่งถูกไอออนไนซ์อีกครั้งในกระบวนการนี้
แก๊สอวกาศจึงกลายเป็นไอออนในทรงกลมที่เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ รอบ ๆ แหล่งกำเนิดไอออไนซ์ ในช่วงเวลาหนึ่งทรงกลมเหล่านี้ใหญ่จนทับซ้อนกันอย่างสมบูรณ์: หมอกเหนือจักรวาลยกสูงขึ้น!
นี่คือจุดสิ้นสุดของยุคมืดและด้วยคำที่นำมาอีกครั้งจากประวัติศาสตร์ของมนุษย์บางครั้งเรียกว่า "จักรวาลยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา" เมื่ออธิบายถึงคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของช่วงเวลานี้นักดาราศาสตร์ก็เรียกมันว่า "ยุคแห่งการกำเนิดใหม่"
การค้นหากาแลคซีที่ห่างไกลที่สุดด้วย VLT
ในการใช้แสงในสถานะของจักรวาลในตอนท้ายของยุคมืดมันเป็นสิ่งจำเป็นที่จะค้นพบและศึกษากาแลคซีที่ห่างไกลมาก (เช่น high-redshift [2]) อาจใช้วิธีการสังเกตหลายแบบ - เช่นกาแลคซีที่ห่างไกลถูกค้นพบโดยใช้วิธีถ่ายภาพวงแคบ (เช่น ESO PR 12/03) โดยการใช้รูปภาพที่ได้รับการปรับปรุงโดยแรงโน้มถ่วงจากกระจุกดาวขนาดใหญ่
Matthew Lehnert จาก MPE ใน Garching, Germany และ Malcolm Bremer จาก University of Bristol, สหราชอาณาจักรใช้เทคนิคพิเศษที่ใช้ประโยชน์จากการเปลี่ยนสีสังเกตของกาแลคซีไกลโพ้นที่เกิดจากการดูดซับในตัวกลางระหว่างกาแลคซี กาแลคซีที่ Redshifts 4.8 ถึง 5.8 [2] สามารถพบได้โดยการมองหากาแลคซีที่ดูสว่างกว่าในแสงออพติคัลสีแดง “ การแตกหัก” ในการกระจายแสงของกาแลคซีแต่ละแห่งนั้นเป็นหลักฐานที่ชัดเจนว่ากาแลคซีอาจอยู่ในจุดเปลี่ยนสีแดงสูงและแสงเริ่มต้นจากการเดินทางที่ยาวไปสู่เราเพียง 1,000 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบง
สำหรับสิ่งนี้พวกเขาใช้เครื่องมือหลายโหมด FORS2 ในกล้องโทรทรรศน์ VLT YEPUN ขนาด 8.2 ม. เพื่อถ่ายภาพที่“ ลึก” มากผ่านตัวกรองแสงสามตัว (สีเขียวสีแดงและสีแดงมาก) ของพื้นที่เล็ก ๆ บนท้องฟ้า (40 ตารางอาร์คนาที หรือขนาดของพระจันทร์เต็มดวงประมาณ 5 เปอร์เซ็นต์) ภาพเหล่านี้เปิดเผยกาแลคซีประมาณ 20 แห่งที่มีตัวแบ่งขนาดใหญ่ระหว่างฟิลเตอร์สีเขียวและสีแดงบอกว่าพวกมันอยู่ที่ redshift สูง จากนั้นสเป็คตร้าของกาแลคซีเหล่านี้จะได้รับด้วยเครื่องมือเดียวกันเพื่อวัดค่ากะแดงจริงของพวกมัน
“ กุญแจสู่ความสำเร็จของการสังเกตเหล่านี้คือการใช้เครื่องตรวจจับสีแดงที่ยอดเยี่ยมใหม่ที่มีอยู่ใน FORS2” Malcolm Bremer กล่าว
สเปคตรัมชี้ให้เห็นว่ากาแลคซีทั้ง 6 แห่งนั้นอยู่ในระยะทางที่สอดคล้องกับการเปลี่ยนใหม่ระหว่าง 4.8 และ 5.8 กาแลคซีอื่น ๆ ใกล้ชิดยิ่งขึ้น น่าประหลาดใจและเพื่อความสุขใจของนักดาราศาสตร์ได้มีการปล่อยก๊าซเส้นเดียวในกาแลคซีจาง ๆ ที่ถูกสังเกตโดยบังเอิญ (มันเกิดขึ้นที่หนึ่งในช่องแคบ FORS2) ที่อาจอยู่ไกลออกไป 6.6 หากสิ่งนี้จะได้รับการยืนยันจากการสังเกตอย่างละเอียดมากขึ้นกาแลคซีนั้นจะเป็นผู้เข้าชิงเหรียญทองในฐานะที่เป็นที่รู้จักมากที่สุด!
กาแลคซีที่รู้จักเร็วที่สุด
สเป็คตร้าเผยว่ากาแลคซีเหล่านี้ก่อตัวดาวฤกษ์อย่างแข็งขันและอาจมีอายุไม่เกิน 100 ล้านปีบางทีอาจจะอายุน้อยกว่าด้วยซ้ำ อย่างไรก็ตามตัวเลขและความสว่างที่สังเกตได้นั้นชี้ให้เห็นว่ากาแลคซีที่ส่องสว่างที่ Redshifts เหล่านี้มีความส่องสว่างน้อยกว่ากาแลคซีที่เลือกใกล้เคียงกับเรามากขึ้น
“ การค้นพบของเราแสดงให้เห็นว่าแสงอัลตราไวโอเลตรวมจากกาแลคซีที่ค้นพบนั้นไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดไอออนของก๊าซรอบ ๆ ได้อย่างสมบูรณ์” Malcom Bremer อธิบาย “ นี่ทำให้เราสรุปได้ว่าจะต้องมีกาแลคซีที่เล็กกว่าและส่องสว่างน้อยกว่าในพื้นที่ของพื้นที่ที่เราศึกษา มันต้องเป็นกาแลคซีที่มองไม่เห็นเหล่านี้ซึ่งปล่อยโฟตอนพลังงานส่วนใหญ่ที่จำเป็นต่อการแตกตัวเป็นไอออนของไฮโดรเจนในจักรวาล”
“ ขั้นตอนต่อไปคือการใช้ VLT เพื่อค้นหากาแลคซีที่มีกาแลกซีมากขึ้นและมีสีแดงมากขึ้น” แมทธิวเลห์นเสริมกล่าว “ ด้วยตัวอย่างวัตถุไกลโพ้นขนาดใหญ่กว่านั้นเราสามารถรับข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับธรรมชาติและการเปลี่ยนแปลงของความหนาแน่นในท้องฟ้า”
รอบปฐมทัศน์ของอังกฤษ
การสังเกตที่นำเสนอที่นี่เป็นหนึ่งในการค้นพบครั้งแรกที่สำคัญโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษนับตั้งแต่สหราชอาณาจักรได้เข้าเป็นสมาชิกของ ESO ในเดือนกรกฎาคม 2545 Richard Wade จากสภาอนุภาคฟิสิกส์และดาราศาสตร์ (PPARC) ซึ่งให้ทุนสนับสนุนการสมัครสมาชิก ESO ในสหราชอาณาจักร :“ ในการเข้าร่วมหอดูดาวยุโรปใต้นักดาราศาสตร์สหราชอาณาจักรได้รับอนุญาตให้เข้าถึงสิ่งอำนวยความสะดวกชั้นนำของโลกเช่น VLT ผลลัพธ์ใหม่ที่น่าตื่นเต้นซึ่งฉันมั่นใจว่าจะมีอีกมากแสดงให้เห็นว่านักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษมีส่วนในการค้นพบที่ล้ำสมัยอย่างไร”
ข้อมูลมากกว่านี้
ผลลัพธ์ที่อธิบายในข่าวประชาสัมพันธ์ฉบับนี้จะปรากฏในวารสารวิจัย Astrophysical Journal (” กาแลคซี Break Lyman Break ที่ z> 5 และที่มาของการ Reionization” โดย M. D. Lehnert และ M. Bremer) มันสามารถใช้ได้ทางอิเล็กทรอนิกส์เป็น astro-ph / 0212431
หมายเหตุ
[1]: นี่คือข่าวประชาสัมพันธ์ ESO / PPARC ที่ประสานงาน รุ่น PPARC ของสามารถพบได้ที่นี่
[2]: งานนี้ดำเนินการโดย Malcolm Bremer (มหาวิทยาลัย Bristol, สหราชอาณาจักร) และ Matthew Lehnert (Max-Planck-Institut f? r Extraterrestrische Physik, Garching, Germany)
[3]: กาแลกซีสีแดงที่วัดได้ของกาแลคซีในเขตข้อมูล Bremer Deep Field คือ z = 4.8-5.8 โดยมีการเปลี่ยนที่ไม่คาดคิดหนึ่งครั้ง (และน่าประหลาดใจ) ที่ 6.6 ในดาราศาสตร์ redshift หมายถึงเศษส่วนที่เส้นในสเปกตรัมของวัตถุถูกเลื่อนไปทางความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น การตรวจจับระยะไกลอีกครั้งของกาแลคซีระยะไกลให้การประมาณระยะทาง ระยะทางที่ระบุในข้อความปัจจุบันขึ้นอยู่กับอายุของจักรวาล 13.7 พันล้านปี ที่ Redshift ที่ระบุเส้น Lyman-alpha ของไฮโดรเจนอะตอม (ความยาวคลื่นที่เหลือ 121.6 nm) ถูกสังเกตที่ 680 ถึง 920 nm, i.e. ในพื้นที่สเปกตรัมสีแดง
แหล่งต้นฉบับ: ข่าว ESO
