Kuvan luotto: ESO
Ranskalaiset ja sveitsiläiset tähtitieteilijät [2] ovat löytäneet useita heikkoja galakseja, joiden uskotaan olevan kaukaisimpia tunnettuja galakseja käyttämällä ESO:n Very Large Teleskoopin ISAAC-lähi-infrapunainstrumenttia ja painovoimalinssin suurennusvaikutusta.
Yhden näistä ehdokkaista tehdyt spektroskooppiset lisätutkimukset ovat antaneet vahvan perusteen sille, mikä on nyt maailmankaikkeuden kaukaisimman galaksin uusi ennätys – ja ylivoimaisesti.
Abell 1835 IR1916 -nimisen galaksin punasiirtymä on 10 [3] ja se sijaitsee noin 13 230 miljoonan valovuoden päässä. Siksi se nähdään aikana, jolloin maailmankaikkeus oli vain 470 miljoonaa vuotta nuori, eli vain 3 prosenttia nykyisestä iästään.
Tämä alkugalaksi näyttää olevan kymmenentuhatta kertaa vähemmän massiivinen kuin galaksimme, Linnunrata. Se saattaa hyvinkin kuulua ensimmäiseen esineluokkaan, joka teki lopun universumin pimeydestä.
Tämä merkittävä löytö havainnollistaa suurten maanpäällisten teleskooppien potentiaalia lähi-infrapuna-alueella hyvin varhaisen universumin tutkimiseen.
Kaivaminen menneisyyteen
Kuten paleontologit, jotka kaivautuvat yhä syvemmälle löytääkseen vanhimpia jäänteitä, tähtitieteilijät yrittävät katsoa yhä pidemmälle tutkiakseen hyvin nuorta universumia. Lopullinen tavoite? Löytää ensimmäiset tähdet ja galaksit, jotka muodostuivat heti alkuräjähdyksen jälkeen.
Tarkemmin sanottuna tähtitieteilijät yrittävät tutkia viimeisiä 'tuntemattomia alueita', 'pimeän keskiajan' ja 'kosmisen renessanssin' välistä rajaa.
Pian alkuräjähdyksen jälkeen, jonka uskotaan nyt tapahtuneen noin 13 700 miljoonaa vuotta sitten, universumi syöksyi pimeyteen. Alkuperäisen tulipallon jäännössäteilyä oli venytetty kosmisen laajenemisen myötä pidempiä aallonpituuksia kohti, eikä vielä ollut muodostunut tähtiä tai kvasaareita, jotka voisivat valaista valtavaa avaruutta. Universumi oli kylmä ja läpinäkymätön paikka. Tätä synkkää aikakautta kutsutaan siksi melko kohtuudella 'pimeäksi keskikaudeksi'.
Muutama sata miljoonaa vuotta myöhemmin ensimmäinen tähtien sukupolvi ja myöhemmin vielä ensimmäiset galaksit ja kvasaarit tuottivat voimakasta ultraviolettisäteilyä, joka nosti vähitellen sumun maailmankaikkeuden yli.
Tämä oli pimeän keskiajan loppua, ja termillä, joka on jälleen otettu ihmiskunnan historiasta, sitä kutsutaan joskus 'kosmiseksi renessanssiksi'.
Tähtitieteilijät yrittävät selvittää, milloin – ja miten – tarkalleen pimeä keskiaika päättyi. Tämä edellyttää syrjäisimpien kohteiden etsimistä, mikä on haaste, johon vain suurimmat teleskoopit voivat vastata erittäin huolellisen tarkkailustrategian kanssa.
Gravitaatioteleskoopin käyttö
8-10 metrin luokan teleskooppien myötä on saavutettu huikeaa edistystä viimeisen vuosikymmenen aikana. Sittemmin on todellakin tullut mahdolliseksi tarkkailla yksityiskohtaisesti useita tuhansia galakseja ja kvasaareita lähes 12 miljardin valovuoden etäisyyksille (eli punasiirtymään 3 asti [3]). Toisin sanoen tähtitieteilijät pystyvät nyt tutkimaan yksittäisiä galakseja, niiden muodostumista, kehitystä ja muita ominaisuuksia yli tyypillisesti 85 % maailmankaikkeuden menneestä historiasta.
Menneisyydessä kuitenkin galaksien ja kvasaarien havainnot käyvät vähiin. Tällä hetkellä vain kourallinen hyvin heikkoja galakseja nähdään noin 1 200 - 750 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen (punasiirtymä 5-7). Tämän lisäksi näiden lähteiden heikkous ja se, että niiden valo siirtyy optisesta lähiinfrapunaan, on toistaiseksi rajoittanut tutkimuksia vakavasti.
Ranskalaiset ja sveitsiläiset tähtitieteilijät [2] ovat nyt saavuttaneet tärkeän läpimurron tässä varhaisimman muodostuneen galaksin etsimisessä käyttämällä ESO:n Very Large Telescope (VLT) -teleskooppia, joka on varustettu lähi-infrapunaherkällä instrumentilla ISAAC. Tämän saavuttamiseksi heidän täytyi yhdistää galaksijoukon – gravitaatioteleskoopin – valoa vahvistava vaikutus VLT:n valonkeräysvoimaan ja Paranalissa vallitseviin erinomaisiin taivasolosuhteisiin.
Etsitään kaukaisia galakseja
Tällaisten heikkojen, vaikeasti havaittavien esineiden metsästys vaatii erityistä lähestymistapaa.
Ensinnäkin, erittäin syvät kuvat galaksijoukosta nimeltä Abell 1835 otettiin VLT:n ISAAC-lähi-infrapuna-instrumentilla. Tällaiset suhteellisen lähellä olevat massiiviset klusterit pystyvät taivuttamaan ja vahvistamaan taustalähteiden valoa – ilmiö, jota kutsutaan gravitaatiolinssiksi ja jonka Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria ennustaa.
Tämän luonnollisen vahvistuksen ansiosta tähtitieteilijät voivat kurkistaa galakseihin, jotka muuten olisivat liian himmeitä näkyäkseen. Äskettäin löydetyn galaksin tapauksessa valo vahvistuu noin 25-100 kertaa! Yhdessä VLT:n tehon kanssa on siten ollut mahdollista kuvata ja jopa ottaa spektri tästä galaksista. Itse asiassa luonnollinen vahvistus kasvattaa tehokkaasti VLT:n aukon 8,2 metristä 40-80 metriin.
Eri aallonpituuksilla otetut syvät lähi-IR-kuvat ovat antaneet tähtitieteilijöille mahdollisuuden karakterisoida kuvan muutaman tuhannen galaksin ominaisuudet ja valita niistä kourallinen mahdollisesti hyvin kaukaisia galakseja. Käyttämällä aiemmin Kanada-Ranska-Hawaii-teleskoopilla (CFHT) Mauna Kealla otettuja kuvia ja Hubble-avaruusteleskoopin kuvia on sitten varmistettu, että näitä galakseja ei todellakaan näy optisessa. Tällä tavalla tunnistettiin kuusi korkean punasiirtymän galaksia, joiden valo saattoi säteillä, kun universumi oli alle 700 miljoonaa vuotta vanha.
Vahvistaakseen ja saadakseen tarkemman määrityksen yhden galaksien etäisyydestä tähtitieteilijät saivat Director's Discretionary Time -ajan käyttääkseen uudelleen ISAAC:ia VLT:llä, mutta tällä kertaa sen spektroskooppisessa tilassa. Useita kuukausia kestäneen tietojen huolellisen analysoinnin jälkeen tähtitieteilijät ovat vakuuttuneita havainneensa heikon mutta selkeän spektrin piirteen lähi-infrapuna-alueella. Tähtitieteilijät ovat osoittaneet vahvasti, että tämä piirre on varmasti näille kohteille tyypillinen Lyman-alfa-emissioviiva. Tämä viiva, joka esiintyy laboratoriossa aallonpituudella 0,1216 μm, eli ultraviolettisäteilyssä, on venytetty lähi-infrapunaan 1,34 μm, jolloin Abell 1835 IR1916 on ensimmäinen galaksi, jonka punasiirtymä tiedetään olevan yhtä suuri kuin 10.
Kaukaisin tähän mennessä tunnettu galaksi
Tämä on vahvin tapaus punasiirtymälle, joka ylittää nykyisen spektroskooppisesti vahvistetun tietueen kohdassa z = 6,6, ja ensimmäinen kaksinumeroisen punasiirtymän tapaus. Skaalaamalla maailmankaikkeuden iän ihmisen elinikään (esim. 80 vuotta), edellinen vahvistettu ennätys osoitti nelivuotiaan taaperon. Nykyisten havaintojen perusteella meillä on kuva lapsesta, kun hän oli kaksi ja puoli vuotta vanha.
Tästä galaksista eri aaltokaistoilla saatujen kuvien perusteella tähtitieteilijät päättelevät, että galaksissa on meneillään intensiivinen tähtienmuodostusjakso. Mutta muodostuneiden tähtien määrän arvioidaan olevan 'vain' 10 miljoonaa kertaa auringon massa, noin kymmenentuhatta kertaa pienempi kuin galaksimme, Linnunradan, massa.
Toisin sanoen tähtitieteilijät näkevät tämän päivän suurten galaksien ensimmäinen rakennuspalikka. Tämä havainto sopii hyvin yhteen tämänhetkisen käsityksemme kanssa galaksien muodostumisprosessista, joka vastaa nykyään nähtävien suurten galaksien peräkkäistä muodostumista useiden 'rakennuspalikoiden', menneisyydessä muodostuneiden pienempien ja nuorempien galaksien, yhdistämisen kautta.
Juuri nämä rakennuspalikat ovat saattaneet tarjota ensimmäiset valonlähteet, jotka nostivat sumun maailmankaikkeuden yli ja lopettivat pimeän keskiajan.
Roser Pellille, Observatoire Midi-Pyr?n?esista (Ranska) ja ryhmän johtajalle, 'nämä havainnot osoittavat, että erinomaisissa taivasolosuhteissa, kuten ESO:n Paranalin observatoriossa, ja käyttämällä voimakasta gravitaatiolinssiä, suorat havainnot Pimeää keskiaikaa lähellä olevista kaukaisista galakseista on mahdollista tehdä parhailla maanpäällisillä teleskoopeilla.'
Ryhmän toinen johtaja Daniel Schaerer Geneven observatoriosta ja yliopistosta (Sveitsi) on innoissaan: 'Tämä löytö avaa tien varhaisen universumin ensimmäisten tähtien ja galaksien tuleville tutkimuksille.'
Lisää tietoa
Tässä lehdistötiedotteessa esitetyt tiedot perustuvat eurooppalaisessa tutkimuslehdessä 'Astronomy & Astrophysics' julkaistuun tutkimusartikkeliin (A&A, nide 416, sivu L35; Roser Pell? , Daniel Schaerer, Johan Richard, Jean-Fran?ois Le Borgne ja Jean-Paul Kneib). Se on saatavilla verkossa EDP-verkkosivustolla.
Lisäselityksiä ja kuvia on saatavilla tekijöiden verkkosivuilla osoitteessa http://obswww.unige.ch/sfr ja http://webast.ast.obs-mip.fr/galaxies/
Alkuperäinen lähde: ESO:n uutistiedote