Στα σύνορα του Σύμπαντος: Η εποχή των πρώτων αστεριών

Από σελίδα του SpaceFlightNow, 16 Μαρτίου 2003

Οι Βρετανοί αστρονόμοι Elizabeth Stanway, Andrew Bunker και Richard McMahon του Ινστιτούτου Αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο του Καίμπριτζ, έχουν χρησιμοποιήσει τρία από τα ισχυρότερα τηλεσκόπια για να προσδιορίσουν μερικούς από τους πιο μακρινούς γαλαξίες που έχουν παρατηρηθεί ποτέ.

Αλλά συγχρόνως, έχουν αντιμετωπίσει ένα κοσμικό αίνιγμα: φαίνεται σαν να υπάρχουν λιγότεροι γαλαξίες να σχηματίζουν άστρα σε αυτό το αρχικό στάδιο στην ιστορία του Κόσμου απ' ό,τι στο πιο πρόσφατο παρελθόν. Τα αποτελέσματά τους, που θα δημοσιευθούν στο περιοδικό της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας, δείχνουν για πρώτη φορά, ότι μπορούν να εξετάσουν οι αστρονόμοι την εποχή που σχηματίζονταν τα πρώτοι αστέρια και οι γαλαξίες.

Οι αστρονόμοι Stanway, Bunker και McMahon χρησιμοποίησαν την μοναδική ισχύ του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble και ανέλυσαν τις διαθέσιμες εικόνες του, που λήφθηκαν προς στην κατεύθυνση του Νότιου ημισφαιρίου, του αστερισμού Fornax (ο φούρνος) με τη νέα Προηγμένη Φωτογραφική Μηχανή για Έρευνες ως τμήμα του ερευνητικού προγράμματος (GOODS).

Έτσι προσδιόρισαν έξι αντικείμενα, που πιθανά να είναι γαλαξίες, στο 95 τοις εκατό της απόστασης κατά μήκος του αισθητού Σύμπαντος. Οι μετατοπίσεις προς το ερυθρό (redshifts) αυτών των γαλαξιών είναι πολύ μεγάλες, περίπου 6, και είναι τόσο μακριά που η ακτινοβολία από αυτούς ταξίδεψε περίπου 13 δισεκατομμύρια χρόνια για να φθάσει σε μας. Δημιουργήθηκαν όταν ο Κόσμος ήταν ηλικίας κάτι λιγότερο από ένα δισεκατομμύριο ετών και επτά δισεκατομμύρια χρόνια πριν από τη δημιουργία της Γης και του Ήλιου. Όμως τα ενδιάμεσα νέφη αερίων απορρόφησαν το ορατό φως από αυτούς τους γαλαξίες πολύ πριν να φθάσει στη Γη, αλλά το υπέρυθρο φως τους μπορεί ακόμη να ανιχνευθεί - και αυτά τα υπέρυθρα "χρώματα" είναι που οδηγούν τους ερευνητές να θεωρήσουν ότι βρίσκονται σε τέτοιες τρομερές αποστάσεις.

Οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν επίσης τις υπέρυθρες εικόνες, που λήφθηκαν με ένα από τα τηλεσκόπια των 8-μέτρων που σχηματίζουν το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο (VLT) στο Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο (ESO) στη Χιλή, για να μελετήσουν αυτούς τους γαλαξίες.

Έχοντας συντάξει ένα κατάλογο των αντικειμένων που θα μπορούσαν να είναι μακρινοί γαλαξίες, οι αστρονόμοι κατόπιν έστρεψαν το ένα από τα δύο τηλεσκόπια Keck, τα οποία είναι τα μεγαλύτερα στον κόσμο και βρίσκονται στην κορυφή του βουνού Mauna Kea στη Χαβάη.  Σε συνεργασία με τους αστρονόμους της Καλιφόρνιας Richard Ellis (του Caltech) και Πάτρικ McCarthy  (του Παρατηρητηρίων Carnegie) πήραν ένα φάσμα σε ένα από αυτά τα μακρινά αντικείμενα. Τότε είδαν την "υπογραφή" του καυτού αερίου υδρογόνου όπως φωτίζεται από τα καυτά, προσφάτως γεννημένα αστέρια. Ακολούθως μέτρησαν στο φάσμα την μετατόπιση προς το ερυθρό και τη βρήκαν να είναι 5.78. "Αυτός ο γαλαξίας είναι στο στάδιο που γεννώνται τα αστέρια - κάθε χρόνο μετατρέπει μια μάζα αερίου περισσότερο από 30 φορές τη μάζα του ήλιού μας στα νέα άστρα", σύμφωνα με τον ερευνητή αστρονόμο Andrew Bunker. Αυτά τα πρόσθετα αποτελέσματα έχουν υποβληθεί πρόσφατα στη μηνιαία έκδοση της Royal Astronomical Society.

"Η χρησιμοποίηση του Keck, ήταν πολύ σημαντικό δεδομένου ότι έδειξε ότι αυτός ο πληθυσμός των αντικειμένων, που ανακαλύφθηκαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, είναι πραγματικά απίστευτα απόμακρος", λέει ο Andrew Bunker, ο οποίος ήταν μέρος της ομάδας που έκανε την παρατήρηση στη Χαβάη. "Ο πολύ μακρινός γαλαξίας που έχουμε παρατηρήσει είναι μήκους μόνο 1000 ετών φωτός. Είναι πολύ μικρός σε σχέση με τον Γαλαξία μας, ο οποίος είναι 100 φορές μεγαλύτερος", προσθέτει η Elizabeth Stanway.

Αλλά η ομάδα του Καίμπριτζ έχει βρει επίσης κι έναν κοσμικό γρίφο: βάσει του δείγματός τους, μπορούν να υπολογίσουν με ποιο τρόπο οι μακρινοί (με ερυθρή μετατόπιση redshifts=6) γαλαξίες, εμπλέκονται στο γρήγορο σχηματισμό των άστρων. Έχουν συγκρίνει την απάντηση με προηγούμενη εργασία εξετάζοντας τους κοντινότερους γαλαξίες, με redshifts περίπου 4. Και φαίνεται ότι υπάρχουν λιγότεροι από αυτούς τους γαλαξίες στις απαρχές της ιστορίας του Σύμπαντος, από ό,τι στους πιο πρόσφατους χρόνους.

Οι θεωρητικές προβλέψεις για την ιστορία σχηματισμού των άστρων στο Σύμπαν είναι ιδιαίτερα αβέβαιες κι αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο αυτή η παρατηρητική εργασία είναι ουσιαστική. "Θα μπορούσαμε να πούμε ότι βλέπουμε μερικούς από τους πρώτους γαλαξίες να γεννώνται", αναφέρει ο Richard McMahon. "Το φως από αυτά τα πρώτα αστέρια, που φωτίζουν, θα μπορούσαν να έχουν τελειώσει το Σκοτεινό Κοσμικό Μεσαίωνα του Σύμπαντος καθώς οι γαλαξίες "ανάβουν". Και μπορεί να έχουν αναγκάσει το αέριο μεταξύ των γαλαξιών να φωτοβολεί από το φως των άστρων - είναι ο "επαναϊονισμός" που έχει ανιχνευθεί πρόσφατα στο Κοσμικό Υπόβαθρο Μικροκυμάτων από το δορυφόρο WMAP".

Τα αποτελέσματα της ομάδας του Cambridge συνδυάστηκαν με τα πρόσφατα αποτελέσματα από το δορυφόρο WMAP και ενώ αλληλοσυμπληρώθηκαν.  Έτσι δείχθηκε ότι ο Σκοτεινός Κοσμικός Μεσαίωνας τελείωσε κάπου μεταξύ 200 και 1000 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang με τον σχηματισμό των πρώτων άστρων.