U zrodu prvních obřích galaxií

Pomocí dalekohledu VISTA vědci odhalují tajemství vzniku prvních velkých galaxií

I pouhé počítání galaxií na dané ploše oblohy představuje způsob jak otestovat teorie formování galaxií a jejich vývoje. Tento, na první pohled jednoduchý, úkol se stane obtížným v okamžiku, kdy se snažíme započítat stále vzdálenější a tedy slabší galaxie. Úlohu totiž komplikují dva nepříjemné fakty: čím dále do minulosti vesmíru se astronomové dívají, tím řídčeji se vyskytují ty nejhmotnější a nejjasnější galaxie, které se nejsnadněji pozorují, a zároveň je stále obtížnější v takové vzdálenosti vůbec odhalit početné slabé galaxie.  

Karina Caputi (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen) a tým jejích spolupracovníků nalezli nedávno mnoho vzdálených galaxií, které dosud unikaly pozornosti astronomů. Ke svému výzkumu použili data pořízená v rámci přehlídky UltraVISTA, jednoho ze šesti projektů, které využívají dalekohled VISTA k přehlídkám oblohy v blízkém infračerveném pásmu elektromagnetického záření. Podařilo se jim tak provést sčítání slabých galaxií v období, kdy byl vesmír jen 0,75 až 2,1 miliardy let starý.    

V rámci přehlídky UltraVISTA probíhalo od prosince 2009 opakované snímkování stejné části oblohy o ploše téměř čtyřikrát přesahující rozměry Měsíce v úplňku. Jedná se o největší plochu oblohy, jaká byla kdy prozkoumána s takto mimořádným dosahem v infračervené oblasti spektra. Členové výzkumného týmu navíc zkombinovali tato data s výsledky pozorování pomocí kosmického infračerveného teleskopu Spitzer (NASA Spitzer Space Telescope), který provádí pozorování na ještě delších vlnách [1]. 

„Nalezli jsme 574 nových hmotných galaxii, což je největší vzorek tohoto typu galaxií v mladém vesmíru, jaký mají astronomové dosud k dispozici,“ vysvětluje Karina Caputi. „Jejich zkoumání nám umožňuje zodpovědět jednoduchou, ale důležitou otázku: kdy se první hmotné galaxie ve vesmíru objevily?“

Snímkování vesmíru na vlnových délkách infračerveného záření astronomům umožnilo zachytit objekty, které se vytvářely, když byl vesmír ještě velmi mladý, galaxie, které jsou jednak zakryty oblaky prachu a zároveň mimořádně daleko [2].

Členové týmu objevili strmý nárůst počtu galaxií, ke kterému došlo ve velmi krátkém období v minulosti vesmíru. Značná část hmotných galaxií [3], které nyní pozorujeme v nedalekém okolním vesmíru, existovala již 3 miliardy let po velkém třesku.

„Nenašli jsme žádné důkazy existence těchto hmotných galaxií v období do jedné miliardy let po velkém třesku. Můžeme si tak být jistiti, že zhruba v této době se první hmotné galaxie začaly vytvářet,“ dodává Henry Joy McCracken, spoluautor článku [4]. 

Navíc se astronomům podařilo ukázat, že hmotné galaxie byly v daném období mnohem početnější, než se myslelo. Dosud skryté galaxie představují až polovinu celkového počtu hmotných galaxií přítomných ve vesmíru v období od 1,1 až do 1,5 miliardy let po velkém třesku [5]. Tyto nové výsledky jsou však v rozporu se současnými představami vývoje galaxií v mladém vesmíru. Modely existenci takto velkých galaxií v tak raném období vývoje vesmíru vůbec nepředpovídají.  

A aby byl problém ještě složitější, pokud hmotné galaxie v mladém vesmíru obsahovaly větší množství prachu, než astronomové dnes předpokládají, pak nebude možné takové galaxie v rámci přehlídky UltraVISTA detekovat. A pokud by tomu tak bylo, bude potřeba od základu přepracovat současný pohled na formování galaxií v mladém vesmíru.

Po těchto prašných galaxiích, které mohou změnit náš pohled na vesmír, bude pátrat rovněž radioteleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Pokud by se je skutečně podařilo nalézt, budou tyto první galaxie ve vesmíru jedním z hlavních cílů pro pozorování pomocí budovaného obřího dalekohledu E-ELT (European Extremely Large Telescope), který umožní jejich detailní zkoumání.

Poznámky

[1] Dalekohled ESO/VISTA pozoruje na vlnových délkách blízkého infračerveného záření (0,88 až 2,15 μm), teleskop Spitzer provádí pozorování ve středním infračerveném pásmu (3,6 μm a 4,5 μm).

[2] Expanze vesmíru způsobuje, že čím je objekt vzdálenější, tím rychleji se od nás vzdaluje. Díky tomu jsou vlnové délky světla vyzařovaného vzdálenými objekty posunuty k červenému konci spektra, proto je nezbytné vzdálený vesmír pozorovat v infračerveném pásmu.   

[3] Hmotná galaxie v tomto kontextu znamená, že je více než 50 miliardkrát hmotnější než Slunce. Celková hmotnost hvězd v naši Galaxii se této hodnotě rovněž blíží.

[4] Tým nenalezl důkazy existence hmotných galaxií s rudým posuvem 6, což je ekvivalentní stáří vesmíru 0,9 miliardy let po velkém třesku.

[5] To odpovídá rudému posuvu v rozmezí z=5 až z=4.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku “Spitzer Bright, UltraVISTA Faint Sources in COSMOS: The Contribution to the Overall Population of Massive Galaxies at z = 3-7” autorů K. Caputi a kol., který byl zveřejněn ve vědeckém časopise Astrophysical Journal.

Složení týmu: Karina I. Caputi (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Nizozemí), Olivier Ilbert (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, Aix-Marseille University, Francie), Clotilde Laigle (Institut d'Astrophysique de Paris, Francie), Henry J. McCracken (Institut d'Astrophysique de Paris, Francie), Olivier Le Fèvre (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, Aix-Marseille University, Francie), Johan Fynbo (Dark Cosmology Centre, Niels Bohr Institute, Copenhagen, Dánsko), Bo Milvang-Jensen (Dark Cosmology Centre), Peter Capak (NASA/JPL Spitzer Science Centre, California Institute of Technology, Pasadena, California, USA), Mara Salvato (Max-Planck Institute for Extragalactic Physics, Garching, Německo) a Yoshiaki Taniguchi (Research Center for Space and Cosmic Evolution, Ehime University, Japonsko).

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• odborný článek v časopise Astrophysical Journal
• snímky dalekohledu VISTA
• přehlídky VISTA

Kontakty

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Karina I. Caputi; Kapteyn Astronomical Institute – University of Groningen; The Netherlands; Email: karina@astro.rug.nl

Henry J. McCracken; Institut d'Astrophysique de Paris; France; Email: hjmcc@iap.fr

Bo Milvang-Jensen; Dark Cosmology Center – University of Copenhagen; Denmark; Email: milvang@dark-cosmology.dk

Richard Hook; ESO Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Tisková zpráva ESO1545