Źródło zdjęcia: Subaru Telescope
Teleskop Subaru z siedzibą w Japonii wykrył najdalszą galaktykę, jaką kiedykolwiek zarejestrowano w odległości 12,8 miliarda lat świetlnych. Zespół projektowy Subaru Deep Field odkrył 70 kandydatów na odległe obiekty, stosując specjalny filtr, który przepuszcza światło o bardzo określonej długości fali - takie, które odpowiada obiektom znajdującym się w odległości około 13 miliardów lat świetlnych.
Teleskop Subaru znalazł galaktykę w odległości 12,8 miliarda lat świetlnych (przesunięcie ku czerwieni o 6,58; patrz uwaga 1), najodleglejszą galaktykę, jaką kiedykolwiek zaobserwowano. Odkrycie to jest pierwszym rezultatem projektu Subaru Deep Field Project, projektu badawczego teleskopu Subaru japońskiego Narodowego Obserwatorium Astronomicznego, który obsługuje teleskop Subaru. Zespół projektowy Subaru Deep Field (SDF) znalazł około 70 kandydatów do odległych galaktyk, dołączając specjalny filtr zaprojektowany do wykrywania galaktyk w odległości około 13 miliardów lat świetlnych za pomocą kamery o szerokim polu widzenia. Dalsze obserwacje za pomocą spektrografu potwierdziły, że dwóch z dziewięciu kandydatów to w rzeczywistości odległe galaktyki. Jedna z nich jest najodleglejszą galaktyką, jaką kiedykolwiek zaobserwowano. Odkrycie to budzi oczekiwania, że projekt będzie w stanie znaleźć dużą liczbę odległych galaktyk, które pomogą odkryć wczesną historię wszechświata w statystycznie znaczący sposób.
Projekt SDF to projekt obserwatorium japońskiego Narodowego Obserwatorium Astronomicznego, mający na celu zaprezentowanie możliwości teleskopu Subaru i rozwiązanie podstawowych problemów astronomicznych, które są trudne do rozwiązania za pomocą systemu regularnego przydzielania czasu Subaru. Większość programów badawczych na teleskopie Subaru jest wybierana w konkurencyjnym procesie alokacji czasu o nazwie Otwarte użytkowanie, który jest otwarty dla wszystkich astronomów, ale umożliwia maksymalnie trzy noce obserwacyjne co sześć miesięcy. Łącząc razem noce obserwacyjne zarezerwowane dla obserwatorium i astronomów, którzy przyczynili się do powstania teleskopu Subaru, projekt obserwatorium może odpowiedzieć na pytania wymagające większych zasobów teleskopu niż typowa propozycja badań. Głównym celem projektu SDF jest wykrycie dużej liczby najdalszych wykrywalnych galaktyk oraz zrozumienie ich właściwości i ich wpływu na ewolucję wszechświata. Prędkość światła jest podstawowym ograniczeniem prędkości przemieszczania się informacji (patrz uwaga 2). Kiedy wykrywamy światło z galaktyki oddalonej o 13 miliardów lat świetlnych, oznacza to, że widzimy galaktykę taką, jaką była 13 miliardów lat temu. Szukanie coraz bardziej odległych galaktyk oznacza patrzenie na galaktyki we wcześniejszych i wcześniejszych czasach we wszechświecie.
Obserwacje SDF wykorzystały fakt, że światło z odległych galaktyk ma charakterystyczną długość fali i kształt. Astronomowie uważają, że najwcześniejsze galaktyki szybko formowały gwiazdy z wodoru, dominującej formy materii we wszechświecie. Światło tych gwiazd wzbudziłoby pozostały wokół nich wodór do wyższych stanów energetycznych, a nawet go zjonizował. Gdy wzbudzony wodór powraca do niższych stanów energetycznych, emituje światło o kilku różnych długościach fali. Jednak większość tego światła uciekłaby z młodej galaktyki jako linia emisyjna o długości 122 nanometrów, ponieważ „bardziej niebieskie” światło o krótszych długościach fal i wyższej energii może ponownie wzbudzać inne atomy wodoru. Ponieważ wszechświat się rozszerza, im dalej od nas znajduje się galaktyka, tym szybciej się od nas oddala. Z powodu tego ruchu światło z odległych galaktyk jest przesuwane na dłuższe lub bardziej czerwone fale, a linia emisji jest „przesunięta na czerwono” na dłuższą długość fali, charakterystyczną dla odległości galaktyki, a sama galaktyka wydaje się bardziej czerwona. Gdy światło przemieszcza się na dużą odległość od swojego źródła do Ziemi, światło po stronie wyższej energii lub niebieskiej stronie linii emisyjnej może zostać pochłonięte przez obojętny wodór w przestrzeni międzygalaktycznej. Ta absorpcja nadaje linii emisji charakterystyczny asymetryczny wygląd. Ogólny czerwony wygląd i silna linia emisyjna na określonej długości fali o szczególnym asymetrycznym kształcie jest znakiem rozpoznawczym odległej nowo narodzonej galaktyki.
Aby wykryć najbardziej odległe galaktyki, jakie kiedykolwiek zaobserwowano, zespół SDF opracował specjalny filtr, który przepuszcza światło tylko w wąskim zakresie długości fal od 908 do 938 nanometrów. Te długości fal odpowiadają linii emisji 122 nanometrów po przebyciu odległości 13 miliardów lat świetlnych. Zespół zainstalował specjalny filtr oraz dwa inne filtry o krótszych i dłuższych długościach fal, które obejmowały specjalny filtr, w suprime-cam teleskopu Subaru, Subaru Prime Focus Camera, i przeprowadził szeroko zakrojony program obserwacji od kwietnia do maja 2002 roku. Suprime-Cam ma możliwość zobrazowania obszaru nieba tak dużego jak księżyc w pełni podczas jednej ekspozycji, wyjątkowa zdolność wśród instrumentów na 8-metrowych i większych teleskopach, i jest bardzo dobrze dostosowana do badań bardzo słabych obiektów na dużych obszarach nieba . Obserwując obszar nieba wielkości księżyca przez 5,8 godziny w każdym filtrze, zespół był w stanie wykryć ponad 50 000 obiektów, w tym wiele bardzo słabych galaktyk. Wybierając galaktyki jasne tylko w specjalnym filtrze i preferencyjnie czerwone, zespół znalazł 70 kandydatów na galaktyki o przesunięciu ku czerwieni wynoszącym 6,6 (lub odległości 13 miliardów lat świetlnych; patrz rysunek 1).
W czerwcu 2002 roku zespół użył FOCAS, kamery Faint Object i spektrografu w teleskopie Subaru, aby zaobserwować 9 z 70 kandydatów, i potwierdził ogólnie czerwony wygląd i linię emisji z charakterystyczną asymetrią w 2 obiektach (patrz rysunek 2), i ustalili, że ich przesunięcia ku czerwieni wynoszą 6,58 i 6,54. Światło z tych galaktyk zostało wyemitowane 12,8 miliarda lat temu, gdy wszechświat miał zaledwie 900 milionów lat. Obserwowana dotychczas najodleglejsza galaktyka, z przesunięciem ku czerwieni wynoszącym 6,56, została odkryta poprzez przyjrzenie się dużej gromadzie galaktyk, które mogą wzmacniać światło z bardziej odległych galaktyk z efektem soczewkowania grawitacyjnego. (Zobacz nasz komunikat prasowy z maja 2002 r., Http://www.naoj.org/Latestnews/200205/UH/index.html.) Obserwacje SDF to pierwsza obserwacja wielu galaktyk w tak dużej odległości i bez nich za pomocą soczewkowania grawitacyjnego. Galaktyka o przesunięciu ku czerwieni wynoszącym 6,58 jest najodleglejszą galaktyką, jaką kiedykolwiek zaobserwowano.
Zespół SDF spodziewa się znaleźć o wiele więcej odległych galaktyk poprzez ciągłe obserwacje. Zanim powstały pierwsze gwiazdy i galaktyki, wszechświat znajdował się na etapie, który astronomowie nazywają „ciemnymi wiekami wszechświata”. Ustalenie, kiedy skończyły się wieki ciemne, jest jednym z najważniejszych pytań astronomicznych naszych czasów. Kluczowi członkowie zespołu, Keiichi Kodaira z Graduate University of Advanced Studies w Japonii, Nobunari Kashikawa z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego w Japonii oraz Yoshiaki Taniguchi z Tohoku University mają nadzieję, że wykrywając statystycznie znaczną liczbę odległych galaktyk, mogą zacząć scharakteryzuj galaktyki, które zwiastowały koniec ciemnych wieków wszechświata.
Oryginalne źródło: Subaru News Release
