Tähtitieteilijät tekivät uuden ennätyksen ja löytävät kaukaisimman galaksin. Sen valo tavoitti meidät 13,4 miljardin vuoden kuluttua
Muinaisista ajoista lähtien filosofit ja tutkijat ovat pohtineet ajan alkua ja jopa yrittäneet määrittää, milloin kaikki alkoi. Vasta modernin tähtitieteen aikakaudella olemme tulleet lähelle vastausta tähän kysymykseen melko varmasti. Yleisimmin hyväksyttyjen kosmologisten mallien mukaan maailmankaikkeus sai alkunsa Bang Bangista noin 13,8 miljardia vuotta sitten.
Silti tähtitieteilijät ovat edelleen epävarmoja siitä, miltä varhainen universumi näytti, koska tämä ajanjakso osui samaan aikaan kosmisen 'pimeän keskiajan' kanssa. Siksi tähtitieteilijät työntävät jatkuvasti instrumenttiensa rajoja nähdäkseen, milloin varhaisimmat galaksit muodostuivat. Kansainvälisen tähtitieteilijäryhmän uuden tutkimuksen ansiosta vanhin ja kaukaisin galaksi Universumissamme tähän mennessä havaittu (GN-z11) on tunnistettu!
Ryhmä, jonka tutkimus julkaistiin äskettäin lehdessä Luonnon tähtitiede ,sitä johtivat Linhua Jiang Kavli-instituutista Astronomy and Astrophysics -instituutista ja professori Nobunari Kashikawa Tokion yliopistosta. Heihin liittyi tutkijoita Carnegien tiedeinstituutin observatoriot , Stewardin observatorio , Geneven observatorio , Pekingin yliopistossa ja Tokion yliopistossa.
Yksinkertaisesti sanottuna kosminen pimeä keskiaika alkoi noin 370 tuhatta vuotta alkuräjähdyksen jälkeen ja jatkui vielä miljardi vuotta. Tällä hetkellä ainoat valonlähteet olivat joko aiemmin vapautuneet fotonit – mikä on edelleen havaittavissa Kosminen mikroaaltouunin tausta (CMB) – ja neutraalien vetyatomien vapauttamat. Näiden fotonien valo on niin siirtynyt universumin laajenemisen vuoksi, että ne ovat näkymättömiä meille tänään.
Tätä vaikutusta kutsutaan 'punasiirtymäksi', jossa valon aallonpituus pidentyy (tai 'siirtymä' kohti spektrin punaista päätä), kun se kulkee jatkuvasti laajenevan kosmoksen läpi matkalla meille. Kohteiden osalta, jotka liikkuvat lähempänä galaksiamme, vaikutus on päinvastainen, jolloin aallonpituus lyhenee ja siirtyy spektrin sinistä päätä kohti (alias 'sinisiirto').
Lähes vuosisadan tähtitieteilijät ovat käyttäneet näitä vaikutuksia määrittääkseen galaksien etäisyyden ja nopeuden, jolla universumi laajenee. Tässä tapauksessa tutkimusryhmä käytti Keck I -teleskooppi Maunakeassa, Havaijilla, mittaamaan GN-z11:n punasiirtymää sen etäisyyden määrittämiseksi. Heidän saamansa tulokset osoittivat, että se on kauimpana (ja vanhin) koskaan havaittu galaksi. Kuten Kashikawa selitti Tokion yliopistossa Lehdistötiedote :
'Aiempien tutkimusten perusteella galaksi GN-z11 näyttää olevan kauimpana havaittavissa oleva galaksi meistä, 13,4 miljardin valovuoden tai 134 miljoonan kilometrin päässä (se on 134, jota seuraa 30 nollaa). Mutta tällaisen etäisyyden mittaaminen ja tarkistaminen ei ole helppo tehtävä.'
Universumin kaukaisin galaksi ja sen infrapunassa havaitut hiilipäästöviivat. Luotto ja ©: Kashikawa et al.
Erityisesti ryhmä tutki GN-z11:stä tulevia hiilidioksidipäästölinjoja, jotka olivat ultraviolettialueella, kun ne lähtivät galaksista ja siirtyivät 10-kertaisesti - infrapunaan (0,2 mikrometriä) - kun se saavutti maan. Tämä punasiirtymän taso osoittaa, että tämä galaksi oli olemassa sellaisena kuin se havaittiin noin 13,4 miljardia vuotta sitten – alias. vain 400 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen.
Tällä etäisyydellä GN-z11 on niin kaukana, että se määrittelee itse havaittavan maailmankaikkeuden rajan! Vaikka tätä galaksia oli havaittu aiemmin (by Hubble ), tarkkojen mittausten tekemiseen tarvittiin Keckin observatorion erotuskyky ja spektroskooppiset ominaisuudet. Tämä suoritettiin osana Moniobjektispektrografi infrapunatutkimukseen (MOFIRE) tutkimus, joka taltioi GN-z11:n päästölinjat yksityiskohtaisesti.
Tämän ansiosta tiimi pystyi tuottamaan tälle galaksille etäisyysarvioita, joita parannettiin kertoimella 100 verrattuna kaikkiin aiemmin tehtyihin mittauksiin. sanoi Kashikawa:
'Hubble-avaruusteleskooppi havaitsi allekirjoituksen useita kertoja GN-z11:n spektrissä. Edes Hubble ei kuitenkaan pysty ratkaisemaan ultraviolettisäteilyn linjoja tarvittavassa määrin. Joten otimme käyttöön nykyaikaisemman maanpäällisen spektrografin, MOSFIRE-nimisen instrumentin emissiolinjojen mittaamiseen ja joka on asennettu Keck I -teleskooppiin Havaijilla.
Kaavio havaittavan maailmankaikkeuden kehityksestä. Kiitos: NASA/WMAP Science Team
Jos myöhemmät havainnot voivat vahvistaa tämän viimeisimmän tutkimuksen tulokset, tähtitieteilijät voivat sanoa varmasti, että GN-z11 on kaukaisin koskaan havaittu galaksi. Tämän kaltaisia esineitä tutkimalla tähtitieteilijät toivovat voivansa valaista kosmisen historian ajanjaksoa, jolloin maailmankaikkeus oli vain muutama sata miljoonaa vuotta vanha.
Tämä ajanjakso osuu samaan aikaan, kun maailmankaikkeus alkoi nousta 'pimeältä keskikaudelta', jolloin ensimmäiset tähdet ja galaksit muodostuivat ja täyttivät varhaisen universumin näkyvällä valolla. Näitä tutkimalla tähtitieteilijät toivovat saavansa lisätietoja siitä, kuinka universumin laajamittaiset rakenteet myöhemmin kehittyivät. Tätä auttavat seuraavan sukupolven kaukoputket, kutenJames Webbin avaruusteleskooppi(JWST) – suunniteltu julkaisuun 31. lokakuutast, 2021.
Nämä instrumentit antavat tähtitieteilijöille jopa mahdollisuuden tutkia itse 'pimeää keskiaikaa', jolloin ainoa ei-CMB-valo oli neutraalin vedyn spin-linja - kaukomikroaaltoaallonpituudella (21 cm). Voidaksemme tutkia itse maailmankaikkeuden alkua ja seurata ensimmäisten tähtien ja galaksien muodostumista. Mikä jännittävä aika siitä tuleekaan!
Havainnot, jotka mahdollistivat tämän tutkimuksen, tehtiin Keckin observatorion ja Keckin välisen aikavaihto-ohjelman puitteissa Subaru teleskooppi Maunakeassa, Havaijilla.
Lisälukemista: Tokion yliopisto , Keckin observatorio , Luonnon tähtitiede