Kredit gambar: ESO
Sekumpulan ahli astronomi yang berpusat di Hawaii telah menemui galaksi yang jauh sejauh 12.8 bilion tahun cahaya yang menunjukkan kepada kita bagaimana alam semesta ketika berusia 900 juta tahun. Mereka menjumpai galaksi dengan menggunakan kamera khas yang dipasang di teleskop Kanada-Perancis-Hawaii yang mencari objek jauh dalam frekuensi cahaya yang sangat spesifik. Dengan membongkar galaksi ini, yang terletak di buruj Cetus, tepat di dekat bintang Mira, pasukan telah mengembangkan metodologi baru untuk menemui objek yang jauh yang akan membantu pemerhati masa depan melihat lebih jauh ke masa lalu.
Dengan teleskop dan instrumen yang lebih baik, pengamatan galaksi yang sangat terpencil dan samar menjadi mungkin yang menjadi impian para astronom baru-baru ini.
Satu objek tersebut dijumpai oleh pasukan ahli astronomi [2] dengan kamera medan lebar yang dipasang di teleskop Kanada-Perancis-Hawaii di Mauna Kea (Hawaii, AS) semasa mencari galaksi yang sangat jauh. Ditetapkan sebagai "z6VDF J022803-041618", ia dikesan kerana warnanya yang tidak biasa, hanya dapat dilihat pada gambar yang diperoleh melalui penapis optik khas yang mengasingkan cahaya dalam jalur inframerah dekat yang sempit.
Spektrum tindak lanjut objek ini dengan instrumen multi-mod FORS2 di Teleskop ESO Sangat Besar (VLT) mengesahkan bahawa ia adalah galaksi yang sangat jauh (pergeseran merah adalah 6.17 [3]). Ia dilihat seperti ketika Alam Semesta berusia sekitar 900 juta tahun.
z6VDF J022803-041618 adalah salah satu galaksi paling jauh yang mana spektrum telah diperolehi setakat ini. Menariknya, ia ditemui kerana cahaya yang dipancarkan oleh bintang-bintangnya yang besar dan bukan, seperti yang diharapkan pada asalnya, dari pelepasan oleh gas hidrogen.
Sejarah ringkas Alam Semesta awal
Sebilangan besar saintis bersetuju bahawa Alam Semesta berasal dari keadaan awal yang panas dan sangat padat di Big Bang. Pemerhatian terbaru menunjukkan bahawa peristiwa penting ini berlaku kira-kira 13,700 juta tahun yang lalu.
Selama beberapa minit pertama, sejumlah besar nukleus hidrogen dan helium dengan proton dan neutron dihasilkan. Terdapat juga banyak elektron bebas dan pada zaman berikutnya, banyak foton tersebar dari ini dan inti atom. Pada peringkat ini, Alam Semesta benar-benar legap.
Setelah kira-kira 100,000 tahun, Alam Semesta telah menyejuk hingga beberapa ribu darjah dan nukleus dan elektron kini bergabung untuk membentuk atom. Foton kemudian tidak lagi tersebar dari ini dan Alam Semesta tiba-tiba menjadi telus. Ahli kosmologi menyebut masa ini sebagai "zaman penggabungan semula". Sinaran latar gelombang mikro yang sekarang kita perhatikan dari semua arah menggambarkan keadaan keseragaman hebat di Alam Semesta pada zaman yang jauh itu.
Pada fasa seterusnya, atom purba - lebih dari 99% daripadanya terdiri daripada hidrogen dan helium - bergerak bersama dan mula membentuk awan besar dari mana bintang dan galaksi kemudian muncul. Generasi pertama bintang dan, sedikit kemudian, galaksi dan kuarsa pertama [4], menghasilkan sinaran ultraviolet intensif. Walau bagaimanapun, sinaran itu tidak bergerak jauh, walaupun fakta bahawa Alam Semesta telah menjadi telus suatu ketika dahulu. Ini kerana foton ultraviolet (panjang gelombang pendek) akan segera diserap oleh atom hidrogen, elektron "mengetuk" dari atom-atom tersebut, sementara foton panjang gelombang yang lebih panjang dapat bergerak jauh lebih jauh. Gas intergalaksi sekali lagi menjadi terionisasi dalam sfera yang tumbuh dengan stabil di sekitar sumber pengionan.
Pada satu ketika, sfera ini menjadi sangat besar sehingga tumpang tindih sepenuhnya; ini disebut sebagai "zaman pengionan semula". Sehingga itu, sinaran ultraviolet diserap oleh atom, tetapi Alam Semesta kini juga menjadi telus terhadap sinaran ini. Sebelumnya, cahaya ultraviolet dari bintang dan galaksi pertama tidak dapat dilihat dari jarak yang jauh, tetapi sekarang Alam Semesta tiba-tiba kelihatan penuh dengan objek terang. Atas sebab inilah selang waktu antara zaman "pengumpulan semula" dan "pengionan semula" disebut sebagai "Zaman Gelap".
Bilakah berakhirnya "Zaman Gelap"?
Zaman pengionan semula yang tepat adalah subjek perdebatan aktif di kalangan ahli astronomi, tetapi hasil terbaru dari pemerhatian darat dan angkasa menunjukkan bahawa "Zaman Gelap" berlangsung beberapa ratus juta tahun. Pelbagai program penyelidikan kini sedang dijalankan yang berusaha untuk menentukan dengan lebih baik bila peristiwa awal ini berlaku. Untuk ini, adalah mustahak untuk mencari dan mengkaji secara terperinci objek yang paling awal dan paling jauh di Alam Semesta - dan ini adalah usaha pemerhatian yang sangat menuntut.
Cahaya redup oleh kuadrat jarak dan semakin jauh kita melihat ke luar angkasa untuk memerhatikan suatu objek - dan oleh itu semakin lama kita melihatnya - semakin samar-samar ia muncul. Pada masa yang sama, cahaya redupnya beralih ke kawasan spektrum merah kerana pengembangan Alam Semesta - semakin besar jarak, semakin besar pergeseran merah yang diperhatikan [3].
Garis pelepasan Lyman-alpha
Dengan teleskop darat, had pengesanan samar-samar dicapai dengan pemerhatian di bahagian spektrum yang dapat dilihat. Oleh itu, pengesanan objek yang sangat jauh memerlukan pemerhatian tanda tangan spektrum ultraviolet yang telah dialihkan ke kawasan yang kelihatan. Biasanya, para astronom menggunakan untuk ini garis pancaran spektrum Lyman-alpha yang berubah warna dengan panjang gelombang rehat 121.6 nm; ia sepadan dengan foton yang dipancarkan oleh atom hidrogen ketika mereka berubah dari keadaan teruja ke keadaan asasnya.
Oleh itu, satu kaedah yang jelas untuk mencari galaksi yang paling jauh adalah mencari pelepasan Lyman-alpha pada panjang gelombang yang paling lama (paling lama). Semakin panjang panjang gelombang garis Lyman-alpha yang diperhatikan, semakin besar pergeseran merah dan jarak, dan yang lebih awal adalah zaman di mana kita melihat galaksi dan semakin dekat kita menghampiri momen yang menandakan berakhirnya "Zaman Gelap ".
Pengesan CCD yang digunakan dalam instrumen astronomi (dan juga dalam kamera digital komersial) peka terhadap cahaya dengan panjang gelombang hingga kira-kira 1000 nm (1? M), iaitu, di kawasan spektrum inframerah yang sangat dekat, di luar cahaya reddest yang dapat dapat dilihat oleh mata manusia pada jarak sekitar 700-750 nm.
Langit malam inframerah yang terang
Terdapat masalah lain, bagaimanapun, untuk pekerjaan seperti ini. Pencarian pelepasan Lyman-alpha samar dari galaksi yang jauh dipersulit oleh kenyataan bahawa atmosfera darat - di mana mesti dilihat oleh semua teleskop darat - juga memancarkan cahaya. Ini terutama berlaku di bahagian spektrum merah dan inframerah dekat di mana beratus-ratus garis pelepasan diskrit berasal dari molekul hidroksil (radikal OH) yang terdapat di atmosfera darat atas pada ketinggian kira-kira 80 km (lihat Foto PR 13a / 03).
Pelepasan kuat ini yang disebut oleh para astronom sebagai "latar langit" bertanggung jawab atas had pengsan di mana objek langit dapat dikesan dengan teleskop dasar tanah pada jarak gelombang inframerah dekat. Walau bagaimanapun, untungnya terdapat selang spektrum "latar belakang OH rendah" di mana garis pelepasan ini jauh lebih lemah, sehingga memungkinkan had pengesanan yang lebih lemah dari pemerhatian darat. Dua "tingkap langit gelap" itu kelihatan dalam Foto PR 13a / 03 berhampiran panjang gelombang 820 dan 920 nm.
Dengan mempertimbangkan aspek-aspek ini, cara menjanjikan untuk mencari galaksi yang paling jauh dengan cekap adalah dengan memerhatikan pada jarak gelombang dekat 920 nm dengan menggunakan penapis optik jalur sempit. Menyesuaikan lebar spektral penapis ini hingga kira-kira 10 nm memungkinkan pengesanan cahaya sebanyak mungkin dari benda langit apabila dipancarkan dalam garis spektrum yang sesuai dengan penapis, sambil meminimumkan pengaruh buruk pelepasan langit.
Dengan kata lain, dengan maksimum cahaya yang dikumpulkan dari objek yang jauh dan minimum cahaya yang mengganggu dari atmosfera daratan, peluang untuk mengesan objek yang jauh adalah optimum. Ahli astronomi bercakap mengenai "memaksimumkan kontras" objek yang menunjukkan garis pelepasan pada panjang gelombang ini.
Program Carian CFHT
Berdasarkan pertimbangan di atas, pasukan astronomi antarabangsa [2] memasang penapis optik jalur sempit yang berpusat pada panjang gelombang inframerah dekat 920 nm pada instrumen CFH12K di teleskop Kanada-Perancis-Hawaii di Mauna Kea (Hawaii, Amerika Syarikat) untuk mencari galaksi yang sangat jauh. CFH12K adalah kamera medan lebar yang digunakan pada fokus utama CFHT, memberikan pandangan jarak sekitar. 30 x 40 arcmin2, agak lebih besar daripada bulan purnama [5].
Dengan membandingkan gambar medan langit yang sama yang diambil melalui saringan yang berbeza, para astronom dapat mengenal pasti objek yang kelihatan agak "terang" dalam gambar NB920 dan "samar" (atau bahkan tidak terlihat) pada gambar yang sesuai yang diperoleh melalui penapis lain . Contoh yang mencolok ditunjukkan dalam Foto PR 13b / 03 - objek di tengah dapat dilihat dengan baik pada gambar 920nm, tetapi sama sekali tidak terdapat pada gambar yang lain.
Penjelasan yang paling mungkin untuk objek dengan warna yang tidak biasa adalah bahawa ia adalah galaksi yang sangat jauh di mana panjang gelombang yang diperhatikan dari garis pelepasan Lyman-alpha yang kuat mendekati 920 nm, kerana pergeseran merah. Sebarang cahaya yang dipancarkan oleh galaksi pada panjang gelombang yang lebih pendek daripada Lyman-alpha sangat diserap oleh campur tangan gas hidrogen antara bintang dan intergalaksi; ini adalah sebab bahawa objek tersebut tidak dapat dilihat di semua penapis lain.
Spektrum VLT
Untuk mengetahui sifat sebenar objek ini, perlu melakukan tindak lanjut spektroskopi, dengan memerhatikan spektrumnya. Ini dicapai dengan instrumen multi-mod FORS 2 di teleskop VLT YEPUN 8.2-m di Observatorium ESO Paranal. Kemudahan ini memberikan kombinasi sempurna resolusi spektrum sederhana dan kepekaan tinggi dalam warna merah untuk pemerhatian yang sangat menuntut ini. Spektrum yang dihasilkan (samar) ditunjukkan dalam Foto PR 13c / 03.
Foto PR 13d / 03 menunjukkan jejak spektrum akhir ("dibersihkan") objek setelah pengekstrakan dari gambar yang ditunjukkan dalam Foto PR 13c / 03. Satu saluran pelepasan luas dikesan dengan jelas (di sebelah kiri tengah; diperbesar di sisipan). Ia tidak simetri, tertekan di sebelah biru (kiri). Ini, digabungkan dengan fakta bahawa tidak ada cahaya kontinum yang terdeteksi di sebelah kiri garis, adalah tanda spektrum yang jelas dari garis Lyman-alpha: foton "lebih biru" daripada Lyman-alpha sangat diserap oleh gas yang ada di galaksi itu sendiri , dan dalam medium intergalaksi di sepanjang garis pandang antara Bumi dan objek.
Oleh itu, pemerhatian spektroskopi membolehkan para astronom mengenal pasti garis ini dengan jelas sebagai Lyman-alpha, dan oleh itu untuk mengesahkan jarak besar (pergeseran merah tinggi) objek tertentu ini. Pergeseran merah yang diukur adalah 6.17, menjadikan objek ini salah satu galaksi paling jauh yang pernah dikesan. Ini menerima sebutan "z6VDF J022803-041618" - bahagian pertama dari nama yang agak berat ini merujuk pada tinjauan dan yang kedua menunjukkan posisi galaksi ini di langit.
Cahaya bintang di Alam Semesta awal
Walau bagaimanapun, pemerhatian ini tidak berlaku tanpa mengejutkan! Ahli astronomi berharap (dan diharapkan) dapat mengesan garis Lyman-alpha dari objek di tengah-tengah tetingkap spektrum 920 nm. Walau bagaimanapun, semasa garis Lyman-alpha dijumpai, ia diposisikan pada panjang gelombang yang agak pendek.
Oleh itu, bukan emisi Lyman-alpha yang menyebabkan galaksi ini menjadi "terang" pada gambar jalur sempit (NB920), tetapi pelepasan "kontinum" pada panjang gelombang lebih lama daripada yang dilakukan Lyman-alpha. Sinaran ini kelihatan samar-samar sebagai garis mendatar dan meresap dalam Foto PR 13c / 03.
Salah satu akibatnya ialah pergeseran merah yang diukur pada 6.17 lebih rendah daripada pergeseran merah yang diramalkan pada awalnya sekitar 6.5. Yang lain ialah z6VDF J022803-041618 dikesan oleh cahaya dari bintangnya yang besar ("kontinum") dan bukan oleh pelepasan dari gas hidrogen (garis Lyman-alpha).
Kesimpulan yang menarik ini sangat menarik kerana menunjukkan bahawa pada prinsipnya mungkin untuk mengesan galaksi pada jarak yang sangat besar ini tanpa harus bergantung pada garis pelepasan Lyman-alpha, yang mungkin tidak selalu ada dalam spektrum galaksi yang jauh. Ini akan memberi para astronom gambaran yang lebih lengkap mengenai populasi galaksi pada awal Alam Semesta.
Lebih-lebih lagi, memerhatikan semakin banyak galaksi yang jauh ini akan membantu memahami keadaan pengionan Alam Semesta dengan lebih baik pada usia ini: cahaya ultraviolet yang dipancarkan oleh galaksi-galaksi ini tidak boleh sampai kepada kita di Alam Semesta "neutral", sebelum berlaku pengionan semula . Perburuan untuk lebih banyak galaksi seperti ini sekarang untuk menjelaskan bagaimana peralihan dari Zaman Gelap berlaku!
Sumber Asal: Siaran Berita ESO
