Student World

***tisková zpráva Evropské jižní observatoře č. 13/2010

V rámci přehlídky VLT bylo mimo jiné nalezeno také několik dosud nejslabších pozorovaných galaxií z ranné fáze vývoje vesmíru.

K odhadu množství hvězd vytvořených ve velmi mladém vesmíru astronomové používají charakteristickou vlnovou délku záření vysílaného vodíkem, výraznou spektrální čáru označovanou jako Lyman-alfa [1]. Jenže již dlouho existuje podezření, že v rámci přehlídkových projektů zůstane mnoho vzdálených galaxií zcela nepovšimnuto. Nová přehlídka, provedená pomocí VLT, ukázala, že je tomu přesně tak. Většina záření na vlnové délce čáry Lyman-alfa je totiž zachycena ještě uvnitř stejné galaxie, kde k emisi došlo, a tedy až 90 % galaxií zůstane nepozorováno v rámci projektů, které princip založený na sledování emise Lyman-alfa využívají.  
 
„Astronomové od počátku vědí, že existuje určité procento galaxií, které přehlídkám na čáře Lyman-alfa unikají,“ vysvětluje  Matthew Hayes, vedoucí autor článku, publikovaného tento týden v časopise Nature, „ale nyní poprvé máme pozorování, které potvrzuje, že počet neodhalených galaxií je opravdu velký.“ 

Aby ukázali, kolik záření se ztrácí, Hayes a jeho spolupracovníci použili kameru FORS a dalekohled VLT ve spojení se speciálně připraveným úzkopásmovým filtrem [2], a provedli měření v čáře Lyman-alfa přesně stejnou metodologií, jakou používají přehlídkové projekty. Zároveň však novou kamerou HAWK-I a druhým dalekohledem VLT sledovali stejnou oblast oblohy na odlišných vlnových délkách, včetně další vodíkové čáry H-alfa. Zvláště se pak soustředili na objekty vzdálenější než 10 miliard světelných let (s rudým posuvem z > 2,2 [3]), a to ve velmi dobře známé části oblohy označované jako GOODS-South field (jižní pole přehlídky GOODS).
 
„Vůbec poprvé byla takto malá část oblohy sledována do takové hloubky na dvojici velmi specifických vodíkových čar, což se ukázalo jako velmi podstatné,“ říká člen týmu Göran Östlin. Provedená přehlídka byla opravdu ‚hluboká‘ a odhalila některé z vůbec nejslabších dosud pozorovaných galaxií v ranné fázi vývoje vesmíru. Na základě těchto nových poznatků mohou astronomové definitivně říci, že tradiční Lyman-alfa přehlídky vzdálených galaxií pozorují jen velmi malou část emitovaného záření, jelikož většina fotonů na této vlnové délce je pohlcena při interakci s mezihvězdnými oblaky plynu a prachu. Tento efekt je mnohem významnější pro čáru Lyman-alfa než pro H-alfa. Výsledkem je závěr, že tradiční přehlídky prostě nevidí až 90 % galaxií, čili, jak říká Hayens, “jestliže pozorujete deset galaxií, pravděpodobně jich ve stejném poli existuje sto.“

Různé pozorovací metody založené na sledování odlišných vlnových délek světla vždy poskytnou pouze nekompletní pohled na okolní vesmír. Výsledkem tohoto experimentu je velmi silné varování pro kosmology, kteří na silné emise Lyman-alfa čím dál více spoléhali při výzkumu prvních galaxií zformovaných v raném vesmíru. „Nyní, když víme, jak velké procento záření k nám nedorazí, můžeme začít vymýšlet mnohem přesnější modely kosmu, které umožní lépe pochopit, jak rychle probíhalo formování hvězd v různých epochách existence vesmíru,“ říká spoluautor Miguel Mas-Hesse.  

Tento průlomový objev byl možný díky unikátní kameře HAWK-I uvedené do provozu v roce 2007. „Existuje jen několik kamer s širším zorným polem, a ty jsou umístěny na dalekohledech s méně než polovičním průměrem ve srovnání s VLT. Tedy jedině systém VLT/HAWK-I je reálně schopen efektivně hledat takto slabé objekty v kosmologických vzdálenostech,“ říká člen týmu Daniel Schaerer.
 
Poznámky

[1] Spektrální čára Lyman-alfa je emitována excitovaným atomem vodíku (přesněji řečeno foton Lyman-alfa je emitován při přechodu elektronu z první excitované hladiny na hladinu základní). Vlnová délka čáry Lyman-alfa je 121,6 nm; jedná se tedy o ultrafialové záření. Jde o první spektrální čáru takzvané Lymanovy série pojmenované po svém objeviteli Theodore Lymanovi.

Takzvaná Balmerova série je skupina spektrálních čar vyzařovaných taktéž vodíkem, ale v tomto případě excitovaný elektron sestupuje z vyšší hladiny pouze na první excitovanou. Prví čarou této skupiny je H-alfa s vlnovou délkou 656,3 nm.

Většina vodíkových atomů v galaxii je v základním stavu. Čára Lyman-alfa je absorbována efektivněji. Pohlcení fotonu H-alfa totiž vyžaduje přítomnost elektronu na druhé excitované hladivě a jelikož to je velmi neobvyklé v chladném mezihvězdném prostředí prostupujícím galaxii, je plyn pro H-alfa téměř dokonale průhledný.

[2] Úzkopásmový filtr je optický filtr umožňující průchod pouze velmi úzké oblasti vlnových délek světla kolem přesně definovaného středu (obvykle specifické spektrální čáry Lymanovy či Balmerovy série).

[3] Jelikož se vesmír rozpíná, světlo vzdálených objektů podléhá takzvanému rudému posuvu, který závisí na vzdálenosti. Záření objektu je posunuto k červené části spektra. Rudý posuv z = 2,2 odpovídá galaxiím, které se nacházejí ve vzdálenosti cca 10 miliard světelných let od nás a jejich světlo je posunuto asi 3,2krát. Čáru Lyman alfa tedy nalezneme na vlnové délce ~ 390 nm, v blízkosti viditelné oblasti spektra, která může být pozorována přístrojem FORS na ESO/VLT. Čára H-alfa je pak posunuta do blízké infračervené oblasti na 2,1 mikrometru (2 100 nm) a je možné ji pozorovat kamerou HAWK-I.

Převzato ze stránek Hvězdárny Valašské Meziříčí

autor Jiří Srba