Z nowych badań przeprowadzonych przez naukowców wynika, że kosmiczny świt, okres, kiedy uformowały się pierwsze gwiazdy, miał miejsce 250-350 mln lat po powstaniu Wszechświata.
Badanie, opublikowane w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, sugeruje, że Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), który ma zostać wyniesiony na orbitę w listopadzie 2021 roku, będzie wystarczająco czuły, aby bezpośrednio obserwować narodziny galaktyk.
Zespół naukowców zbadał sześć z najbardziej odległych znanych obecnie galaktyk, których światło potrzebowało większej części życia Wszechświata, aby do nas dotrzeć. Odkryli, że odległość tych galaktyk od Ziemi odpowiada czasowi „spojrzenia wstecz” ponad 13 mld lat, kiedy Wszechświat miał zaledwie 550 mln lat.
Analizując obrazy z Kosmicznych Teleskopów Hubble’a i Spitzera, badacze obliczyli wiek tych galaktyk na od 200 do 300 mln lat, co pozwala oszacować, kiedy po raz pierwszy uformowały się w nich gwiazdy.
Główny autor, Nicolas Laporte z University of Cambridge, powiedział: Teoretycy spekulują, że Wszechświat był ciemnym miejscem przez pierwsze kilkaset milionów lat, zanim uformowały się pierwsze gwiazdy i galaktyki. Zobaczyć moment, w którym Wszechświat po raz pierwszy został skąpany w świetle gwiazd, to jedno z najważniejszych zadań astronomii.
Naukowcy przeanalizowali światło gwiazd z galaktyk zarejestrowane przez teleskopy Hubble’a i Spitzera, badając znaczniki w ich rozkładzie energii wskazujący na obecność wodoru atomowego – wodoru, który nie został rozszczepiony na protony i elektrony – w ich atmosferach gwiezdnych. Pozwala to oszacować wiek gwiazd, które zawierają.
Ta sygnatura wodoru rośnie w siłę wraz ze starzeniem się populacji gwiazd, ale słabnie, gdy galaktyka jest starsza niż miliard lat. Zależność od wieku wynika z tego, że masywniejsze gwiazdy, które przyczyniają się do powstania tego sygnału, szybciej spalają swoje paliwo jądrowe i dlatego umierają jako pierwsze.
Współautor pracy, Romain Meyer z Instytutu Maxa Plancka powiedział: Ten wskaźnik wieku jest używany do datowania niezwykle odległych galaktyk w naszym własnym sąsiedztwie, w Drodze Mlecznej, ale może być również używany do datowania niezwykle odległych galaktyk, widzianych w bardzo wczesnym okresie Wszechświata. Używając tego wskaźnika możemy wnioskować, że nawet w tych wczesnych czasach nasze galaktyki mają od 200 do 300 mln lat.
Analizując dane z Hubble’a i Spitzera, naukowcy musieli oszacować przesunięcie ku czerwieni każdej z galaktyk, które wskazuje ich kosmologiczną odległość, a tym samym czas, w którym są one obserwowane. Aby to osiągnąć, wykorzystali pomiary spektroskopowe przy użyciu pełnego arsenału potężnych teleskopów naziemnych – chilijskiego Atacama Large Millimetre Array (ALMA), europejskiego Very Large Telescope, bliźniaczych teleskopów Kecka na Hawajach, oraz teleskopu Gemini-South.
Pomiary te pozwoliły zespołowi potwierdzić, że patrzenie na te galaktyki odpowiada patrzeniu wstecz do czasu, gdy Wszechświat miał 550 mln lat.
Współautor pracy, profesor University College London Richard Ellis, który w trakcie swojej kariery zawodowej śledził coraz odleglejsze galaktyki, powiedział: W ciągu ostatniej dekady astronomowie cofnęli granice tego, co możemy obserwować, do czasów, gdy Wszechświat miał zaledwie 4% swojego obecnego wieku. Jednak ze względu na ograniczoną przejrzystość ziemskiej atmosfery oraz możliwości HST i Spitzera, osiągnęliśmy już swój limit. Teraz z niecierpliwością czekamy na wystrzelenie JWST, który naszym zdaniem ma możliwość bezpośredniego obserwowania kosmicznego świtu.
Więcej informacji:
Cosmic dawn occurred 250 to 350 million years after Big Bang
Źródło: UCSC
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Nieruchomy obraz z symulacji wideo pokazuje formowanie się i ewolucję pierwszych gwiazd i galaktyk w wirtualnym wszechświecie podobnym do naszego. Pokazane są galaktyki we wczesnym wszechświecie, formujące się w czasie porównywalnym do galaktyk wykrytych w nowych obserwacjach. Źródło: Prof. Brant Robertson, University of California — Santa Cruz
