Przejdź do treści

Zaobserwowano tlen na krańcach Wszechświata

Schemat historii Wszechświata
Astronomowie użyli sieci radioteleskopów ALMA do wykrycia emisji od zjonizowanego tlenu z galaktyki odległej od nas o 13,1 miliarda lat świetlnych. To najdalsza potwierdzona detekcja tlenu w kosmosie.

Międzynarodowa grupa badawcza, w skład której wchodzą głównie japońscy astronomowie, użyła sieci radioteleskopów Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) do zbadania galaktyki SXDF-NB1006-2, którą widzimy w stanie jaki miała zaledwie 700 milionów lat po Wielki Wybuchu. Jej przesunięcie ku czerwieni wynosi z = 7,2.

Naukowcy chcieli zbadać występowanie ciężkich pierwiastków (dla astronomów oznacza to pierwiastki cięższe od wodoru, helu i litu) w tak odległej galaktyce, aby lepiej poznać procesy gwiazdotwórcze zachodzące we wczesnych etapach historii Wszechświata.

Najpierw przeprowadzono symulacje komputerowe, aby sprawdzić czy za pomocą ALMA jest możliwe wykrycie emisji od zjonizowanego tlenu dla tak odległych galaktyk. Ponieważ okazało się, że szanse na to są, zawnioskowano o czas obserwacyjny i wykonano obserwacje za pomocą sieci radioteleskopów ALMA.

Okazało się, że w galaktyce SXDF-NB1006-2 obserwowana jest emisja od dwukrotnie zjonizowanego tlenu. Przy czym wykrycie tej linii przez ALMA jest możliwe dzięki rozszerzaniu się Wszechświata. Normalnie emisja następuje na fali o długości 0,088 milimetra, ale po dotarciu do Ziemi odbieramy ją jako falę o długości 0,725 milimetra, czyli w zakresie, na który czułe są anteny i odbiorniki ALMA.

Ustalono, iż obfitość tlenu w galaktyce SXDF-NB1006-2 jest dziesięciokrotnie mniejsza niż na Słońcu. Jest to zgodne z przewidywaniami, bowiem ciężkie pierwiastki powstają w kolejnych pokoleniach gwiazd i im dalej patrzymy w kosmos (im dalej wstecz w czasie w historii ewolucji Wszechświata), tym mniejsza ich zawartość.

Badacze z grupy, którą kierował Akio Inoue z Osaka Sangyo University (Japonia), poinformowali, że nie udało im się natomiast wykryć emisji od węgla praz że w galaktyce jest mało pyłu. Niewielka obecność pyłu jest sprzyjająca w kontekście epoki rejonizacji – intensywne promieniowanie od olbrzymich, młodych gwiazd może nie tylko jonizować gaz w galaktyce, ale łatwo wydostaje się na zewnątrz i jonizuje także otoczenie galaktyki.

Być może zatem SXDF-NB1006-2 jest przykładem jednej z galaktyk odpowiedzialnych za erę rejonizacji. Według teorii ewolucji Wszechświata, zanim powstały obiekty we Wszechświecie, w okresie kilkuset milionów lat po Wielkim Wybuchu kosmos był wypełniony neutralnym gazem (obojętnym elektrycznie). Ale promieniowanie od gwiazd powodowało jonizację atomów gazu.

Odkrywcy wskazują, że mamy do czynienia z najdalszą potwierdzoną detekcją tlenu. Wcześniej, w roku 2013, ukazała się publikacja dotycząca obecności tlenu w jeszcze dalszym obiekcie (przesunięcie ku czerwieni z = 7,51), ale w tamtym przypadku brak było bezpośredniej detekcji linii emisyjnej – w przeciwieństwie do najnowszego odkrycia.

Wyniki badań zostały opisane w artykule, który ukazał się w czasopiśmie „Science”. O odkryciu informuje też kilka naukowych instytucji, m.in. Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO).

Więcej informacji:

Źródło: ESO / ALMA / Science


Schemat przedstawiający historię Wszechświata. Źródło: NAOJ.


Obraz galaktyki SXDF-NB1006-2 odległej o 13,1 miliarda lat świetlnych. Kolorem zielonym pokazano emisję od zjonizowanego tlenu Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NAOJ.