Obłoki gazu z pierwszych gwiazd

VLA w Nowym Meksyku, USA. Źródło:NRAO

Astronomowie badając najdalszy znaleziony do tej pory kwazar odkryli wokół niego dużą ilość gazu, który zawiera atomy utworzone w jądrach pierwszych istniejących gwiazd. Charakterystyczne linie widmowe tlenku węgla zostały odkryte dzięki obserwacjom VLA (Very Large Array) - systemowi 27 radioteleskopów w stanie Nowy Meksyk w USA oraz Interferometrowi Plateau de Bure w Alpach francuskich złożonemu z 5 radioteleskopów. Gaz otaczający młodą galaktykę obserwujemy w momencie gdy Wszechświat ma jedna szesnastą obecnego wieku, czyli wówczas gdy wynurzał się z pierwotnych "Ciemnych Wieków" zanim światło mogło swobodnie podróżować przez Kosmos.

Zaskakujące jest odkrycie tlenku węgla (CO) w młodej i tak odległej galaktyce. Oznacza to, że już na tak wczesnym etapie rozwoju Wszechświata, galaktyki zawierały olbrzymią ilość molekularnego gazu, z którego mogły następnie powstać nowe generacje gwiazd.

Odległa galaktyka, nazwana J1148+5251, zawiera jasny kwazar zasilany przez czarną dziurę o masie co najmniej miliarda Słońc. Obserwujemy tę odległą galaktykę, gdy Wszechświat liczył sobie 870 milionów lat. Obecnie wiek Wszechświata szacujemy na 13.7 miliarda lat. J1148+5251 jest być może jednym z pierwszych świecących obiektów we Wszechświecie.

Obraz obiektu J1148+5251 uzyskany dzięki VLA. Źródło: NRAO/AUI/NSF

W ciągu pierwszych 3 minut życia Wszechświata uformował się w nim jedynie wodór i hel. Węgiel i tlen (które tworzą tlenek węgla) utworzone zostały dopiero w reakcjach termonuklearnych zachodzących w jądrach gwiazd. Według szacunków zaobserwowany węgiel i tlen został utworzony przez pierwsze powstałe gwiazdy około 650 milionów lat po Wielkim Wybuchu. W czasie następnych około 200 milionów lat gwiazdy te (najprawdopodobniej bardzo różne od gwiazd, które znamy dzisiaj) wybuchały jako supernowe wyrzucając węgiel i tlen w przestrzeń kosmiczną. Już w przestrzeni, ochłodzone atomy połączyły się tworząc tlenek węgla, którego obecność wykryły naziemne teleskopy.

Wszechświat w którym istniały pierwsze galaktyki wydaje się bardzo różnić od Wszechświata, który znamy dzisiaj. Około 300 000 lat po Wielkim Wybuchu Wszechświat ochłodził się dzięki ekspansji na tyle, że wypełniające go protony i elektrony mogły połączyć się tworząc atomowy wodór. Neutralny wodór absorbował promieniowanie elekromagnetyczne w wyniku czego Wszechświat "zanurzony był w ciemnościach". W końcu powstały pierwsze galaktyki i gwiazdy. Ich promieniowanie było na tyle energetyczne, że zdołało zjonizować neutralne do tej pory atomy umożliwiając fotonom swobodne podróżowanie przez Wszechświat i kończąc tak zwane Ciemne Wieki.

Nie stało się to w jednej chwili. Każda gwiazda wysyłając wysokoenergetyczne promieniowanie jonizowała swoje najbliższe otoczenie tworząc wokół siebie przezroczyste dla światła bańki zjonizowanego gazu. Wszechświat zaczął przypominać szwajcarski ser z rozrastającymi się w czasie dziurami. W końcu, około miliarda lat po Wielkim Wybuchu, dziury połączyły się ze sobą, a Wszechświat stał się znów w pełni przezroczysty. Okres ten nazywamy erą wtórnej jonizacji Wszechświata.

Łącząc dane radiowe z danymi z teleskopów optycznych można było oszacować średnice przezroczystego "bąbla" wokół galaktyki J1148+5251 na około 30 milionów lat świetlnych. Obserwujemy obiekt J1148+5251 w momencie, gdy pomaga jonizować Wszechświat.

Duża ilość molekularnego gazu w galaktyce, szacowana na ponad 10 miliardów mas Słońca, wskazuje, że procesy we Wczesnym Wszechświecie przebiegały bardzo szybko. Według współczesnych teorii duże galaktyki powstawały w wyniku łączenia się mniejszych galaktyk. Nie następowało to wszak z dnia na dzień; tym bardziej dziwią obserwacje masywnej galaktyki w tak wczesnym Wszechświecie.

Obserwacje optyczne pozwalają na badanie jasnego kwazara w środku galaktyki, natomiast radio-obserwacje pozwalają oglądać samą galaktykę. Obiekt J1148+5251 został odkryty w czasie przeglądu nieba o nazwie Sloan Digital Sky Survey w tym roku, przy użyciu 2.5 metrowego teleskopu optycznego w Nowym Meksyku w USA. Kwazar znajduje się w odległości 12.8 miliarda lat świetlnych (przesunięcie ku czerwieni z=6.42), jest więc najodleglejszym znanym kwazarem.

Tlenek węgla odkryto dzięki radioteleskopom, które wykryły fale radiowe emitowane przez molekularny gaz otaczający galaktykę. Długość fali tej radioemisji była dużo większa niż fal emitowanych przez taki gaz w laboratorium na Ziemi w wyniki efektu Dopplera wywołanego rozszerzaniem się Wszechświata - fale emitowane przez J1148+5251 o długości przykładowo 1 mm docierają do Ziemi mając ponad 6 mm.
Przedstawione badania zostały zaprezentowano w Nature 24 lipca, głównym autorem jest Fabian Walter.

14 sierpnia 2003
Źródło | oprac. Karolina Zawada

Liczba odsłon: 1092