Student World

tisková zpráva Evropské jižní observatoře č. 13/2013

Výsledky byly publikovány v souboru článků uveřejněných v prestižních odborných časopisech Nature a Astrophysical Journal. Výzkum je ukázkou toho, jaké nové objevy můžeme očekávat od mezinárodní observatoře ALMA, jejíž slavnostní inaugurace se odehrála 13. března 2013.

Nejintenzivnější zrod hvězd v historii vesmíru se odehrál v raných fázích jeho vývoje v hmotných galaxiích. Tyto takzvané ‚starburst‘ galaxie přetvářely mohutné zásoby plynu a prachu do podoby nových hvězd fantastickou rychlostí – několiksetkrát rychleji než mohutné galaxie dnešního vesmíru. Pohledem na galaxie tak vzdálené, že jejich světlu trvalo mnoho miliard let, než doletělo k nám, mohou astronomové toto divoké mládí našeho vesmíru zkoumat.

„Čím je galaxie vzdálenější, tím dále v čase se díváme. Takže měřením vzdáleností můžeme sestavit časový harmonogram toho, jak rychle ve vesmíru probíhalo formování hvězd v různých fázích jeho dosavadní 13,7 miliardy let trvající existence,“ říká Joaquin Vieira (California Institute of Technology, USA), vedoucí týmu a hlavní autor článku v časopise Nature.

Mezinárodní tým vědců objevil tyto tajemné ‚starburst‘ galaxie pomocí desetimetrového radioteleskopu SPT (South Pole Telescope, US National Science Foundation) v Antarktidě. Následně použil dalekohled ALMA k detailnímu pohledu, který umožnil zkoumat prudký zrod hvězd v mladém vesmíru. Byli však překvapeni, že mnohé z těchto vzdálených galaxií s překotnou hvězdotvorbou se nachází ještě mnohem dále, než očekávali. To znamená, že v průměru došlo k nejprudšímu zrodu hvězd asi před 12 miliardami let, v době, kdy byl vesmír necelé dvě 2 miliardy let starý, a tedy o celou jednu miliardu let dříve, než se doposud myslelo.

Dvě ze sledovaných galaxií patří k nejvzdálenějším svého druhu, jaké byly kdy pozorovány. Jsou tak daleko, že jejich světlo se na svou pouť vydalo v době, kdy byl vesmír jen miliardu let starý. Navíc se u jedné z těchto galaxií podařilo mezi jinými molekulami detekovat rovněž vodu. Jedná se o nejvzdálenější dosud publikované pozorování vody ve vesmíru.

Členové týmu využili bezkonkurenční citlivost systému ALMA, aby zachytili tyto galaxie na vlnových délkách kolem 3 mm. Molekuly plynu v těchto galaxiích produkují světlo charakteristických vlnových délek, které byly v průběhu miliard let putování prostorem až k nám nataženy díky expanzi vesmíru. Měřením změny vlnové délky je možné spočítat, jak dlouhou cestu světlo urazilo a umístit tak galaxii na správné místo v historii vesmíru.

„Citlivost dalekohledu ALMA a široký rozsah vlnových délek znamená, že můžeme naše měření jedné galaxie stihnout za několik minut, což je asi stokrát rychleji než dosud,“ vysvětluje Axel Weiss (Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, Německo), který vedl práci na měření vzdáleností galaxií. „Dříve bylo takové měření velmi pracné a zahrnovalo kombinaci dat získaných teleskopy ve viditelném a rádiovém oboru.“

Data ze zařízení ALMA ve většině případů sama o sobě postačují k určení vzdálenosti, v několika případech však tým využil také informace získané jinými přístroji včetně antény APEX a dalekohledu ESO/VLT [1].

Vzhledem k tomu, že observatoř ALMA, ležící na planině Chajnantor v Chilských Andách v nadmořské výšce 5000 m n.m. byla v době pozorování ještě ve fázi konstrukce, využívali astronomové neúplné pole 16 antén z celkových 66. Po dokončení bude celý dalekohled ještě mnohem citlivější a bude s ním možné pozorovat ještě vzdálenější galaxie. V tomto případě astronomové sledovali jen ty jasnější. Přitom neodmítli ani pomocnou ruku matky přírody: využili efektu gravitační čočky, který ve své obecné teorii relativity předpověděl Albert Einstein. Při něm dochází k deformaci obrazu vzdáleného objektu v gravitačním poli mezilehlé galaxie, ta zde hraje úlohu čočky a vzdálený zdroj díky tomu zjasní.

Aby členové týmu důkladně pochopili, do jaké míry gravitační čočka zesílila světlo vzdálené galaxie, pořídili pomocí dalekohledu ALMA ještě sadu ostřejších snímků téhož objektu, tentokrát ale na vlnové délce 0,9 mm.

„Tyto nádherné snímky získané pomocí dalekohledu ALMA ukazují galaxie na pozadí zakřivené do tvaru mnoha světelných oblouků, které tvoří část takzvaného Einsteinova prstenu. Ten v ideálním případě obepíná celou čočkující galaxii,“ vysvětluje Yashar Hezaveh (McGill University, Montreal, Kanada), vedoucí studie gravitačních čoček. „Využíváme velké množství temné hmoty v mezilehlé galaxii vzdálené přes půlku vesmíru jako kosmický dalekohled, abychom ty ještě vzdálenější objekty mohli vidět jasnější.“

Analýza zkreslení obrazu ukázala, že některé ze vzdálených galaxií s překotnou hvězdostvorbou jsou jasné jako 40 bilionů Sluncí, a gravitační čočka zvýšila jejich jasnost až 22krát.

„Dosud bylo známo jen několik galaxií zobrazených gravitační čočkou na submilimetrových vlnových délkách. Dalekohledy SPT a ALMA jich však objevili desítky,“ říká člen týmu Carlos De Breuck (ESO). „Tento druh výzkumu byl v minulosti prováděn převážně ve viditelném oboru pomocí kosmického dalekohledu HST. Naše výsledky ale ukazují, že ALMA se stává na tomto poli velmi významným hráčem.“

„Tato práce je úžasným příkladem toho, jak astronomové z celého světa spolupracují, aby dosáhli významných objevů pomocí unikátních zařízení,“ řekl člen týmu Daniel Marrone (University of Arizona, USA). „A je jen začátek jak pro dalekohled ALMA, tak pro studium ‚starburst‘ galaxií. Naším příštím cílem je tyto objekty prozkoumat ještě detailněji a přesně určit, jak a proč v nich vznikají hvězdy tak úžasnou rychlostí.“

Převzato ze stránek Hvězdárny Valašské Meziříčí

Poznámky

[1] Dodatečná pozorování byla provedena pomocí dalekohledů APEX, ESO/VLT, ATCA (Australia Telescope Compact Array) a SMA (Submillimeter Array).

autor Jiří Srba