Astronomowie analizując obrazy tak zwanego HUDFu (Hubble’s Ultra Deep Field – najodleglejszego pola widzenia Hubble’a), zastanawiają się co sprawiło, że Nasz Wszechświat kilkanaście miliardów lat temu stał się przezroczysty. Czy zdarzyło się to za sprawą pierwszych karłowatych galaktyk? – zdania są podzielone.

Zaraz po wielkim wybuchu gorąca zupa rozpędzonych cząstek i jonów wypełniła przestrzeń. Lecz w miarę jak Wszechświat się rozszerzał materia stygła, a cząstki zaczęły się łączyć w atomy. Około 400 tysięcy lat po wielkim wybuchu neutralne atomy stanowiły większość materii we Wszechświecie.

Dzisiaj, przestrzeń jest znowu przejrzysta, a kosmiczny gaz całkowicie zjonizowany. W jaki sposób Wszechświat został ponownie ogrzany? – Początkowo wydawało się, że za rejonizacje odpowiedzialne są kwazary w centrach galaktyk – masywne czarne dziury przetwarzające energię grawitacyjną na energię cieplną. Niestety obserwacje wykazały, że takie obiekty były rzadkością w młodym Wszechświecie.

Dzisiaj astronomowie lustrują zdjęcie małego wycinka gwiazdozbioru nieba południowego Piec (Fornax). Wizualne i podczerwone zdjęcie obszaru HUDF zawierają ponad 10,000 galaktyk. Jest to najdalszy obraz Wszechświata uzyskany przez człowieka.

Kosmiczny Teleskop Hubble’a – “najdalej widzący” przyrząd optyczny zbudowany przez człowieka. Zaprojektowany w latach siedemdziesiątych teleskop wystrzelono 24 kwietnia 1990 roku. Pierwsze zdjęcie zostało wykonane 18 maja 1990 roku. Od tego czasu satelita był kilkakrotnie naprawiany przez różne załogi promów kosmicznych (ostatnia misja naprawcza w 2002 roku). Wymiary: długość 13,1 metra, średnica teleskopu 4,27 metra, zwierciadło wstępne 2,4 metra, zwierciadło wtórne 0,3 metra. Waga: 12 ton.     Każdego dnia Hubble zbiera od 3 do 5 gigabajtów danych obserwacyjnych. Już dzisiaj archiwa obrazów z Hubble’a zawierają kilkanaście terabajtów informacji. Obecnie kosmiczny teleskop wyposażony jest w kamerę wizualną ACS (Advanced Camera for Surveys) i przyrząd do badań w podczerwieni NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer).     Zobacz gdzie dzisiaj znajduje się Hubble

Zdjęcie wykonane podczas misji naprawczej promu Columbia – STS-109 w 2002 roku. Astronauci John M. Grunsfeld (na górze) i Richard M. Linnehan (na dole) wspinają się po prawej stronie Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Zdjęcie daje wyobrażenie o prawdziwych rozmiarach satelity.     Więcej zdjęc z misji STS-109

Punkt zwrotny

We wtorek, na spotkaniu w Baltimore w stanie Maryland kilka drużyn astronomów przedstawiło swoje wyniki wizualnych obserwacji obiektów powstałych zaledwie 900 milionów lat po wielkim wybuchu. Jak wynika z wcześniejszych badań był to przełomowy moment w historii Wszechświata – ostatnie atomy neutralnego wodoru zostały zjonizowane.

To bardzo ważna chwila w życiu Wszechświata. Rejonizacji miała duży wpływ na proces formowania galaktyk“, mówi Massimo Stiavelli, astronom pracujący w Space Telescope Science Institute w Baltimore. “Powstawaniu i stygnięciu małe galaktyk nie sprzyjają warunki zjonizowanego Wszechświata.

Drużyna, której przewodzi M. Staiavelli, przyznała, że 50 zaobserwowanych galaktyk doświadcza przełomu w kosmicznym życiu. Naukowcy nie są jednak pewnie, czy te galaktyki wywarły jakiś wpływ na rejonizacje Wszechświata.

Według szacunków grupy Andrew Bunkera z Exeterskiego Uniwersytetu (Wielka Brytania), jeżeli 50 nowo odkrytych obiektów przypomina dzisiejsze galaktyki, to produkują one zaledwie jedną trzecią energii promienistej potrzebnej do rejonizacji wodoru. Niektóry astronomowie przypomina ją jednak, że w tym czasie mogły istnieć gromady gwiazd nie związane z galaktykami, byłyby one zbyt ciemne do zaobserwowania, ale mogłyby produkować stosunkowo dużo energii. Prawdopodobna wydaje się także teoria, że proces rejonizacji był rozciągnięty w czasie i przebiegał z różną prędkością w różnych obszarach Wszechświata. Żeby to sprawdzić trzeba zajrzeć dużo dalej w przestrzeń, niestety obecnie nie dysponujemy takim sprzętem obserwacyjnym, newet oko teleskopu Hubble’a nie sięga tak daleko.

M. Stiavelli twierdzi, że pierwsze galaktyki mogłyby być przyczyną rejonizacji jeżeli skład gwiazd w tamtym okresie znacznie różniłby się od dzisiejszego. Jest to prawdopodobne, pierwsza generacja gwiazd powstała wyłącznie z wodoru i helu, cięższe pierwiastki powstały dopiero później w procesach termojądrowych. Czy pierwsze ubogie w metal gwiazdy mogły aż tak bardzo różnić się od dzisiejszych?

Metales wywierają duży wpływ na temperaturę gwiazd, ponieważ wypromieniowują ciepło dużo bardziej efektywnie niż wodór. Jeżeli gwiazdy w galaktykach zaobserwowanych przez Hubble’a zawierają tysiąc razy mniej metali niż Słońce, mogą być na tyle gorące, żeby dokonać rejonizacji Wszechświata“, mówi M. Stiavelli.

Galaktyki karłowate

Innego zdania jest grupa naukowców prowadzona przez Haojing Yan pracującą w Caltechu w Pasadenie. Według tej drużyny pierwsze galaktyki powinny sobie poradzić z rejonizacją nawet jeżeli ich skład gwiazd w tym czasie byłby taki sam jak dzisiaj. Grupa oprócz 50 jaśniejszych obiektów, odszukała na zdjęciu dodatkowych 58 cztery razy ciemniejszych. Status tych słabych, czerwonych punktów nie jest jeszcze pewny, na razie nie wiadomo, czy mamy do czynienia z galaktyki.

Jeżeliby założyć, że w tamtym czasie istniało wiele zbyt ciemnych obiektów, by dostrzegł je Hubble, galaktyki karłowate mogły wykonać rejonizacje“, mówi H. Yan. “Pojedyncze galaktyki karłowate są mało efektywnymi źródłami promieniowania, ale ponieważ jest ich niezwykle dużo, wspólnie mogły spełnić zadania.

Inna grupa wykorzystała obraz HUDF do analizy jeszcze wcześniejszego okresu około 700 milionów lat po wielkim wybuchu. Xiaohui Fan z Uniwersytetu Arizona mówi, że jego grupie udało się znaleźć pięciu kandydatów na naprawdę odległe galaktyki. “Widzimy najmłodszą generację galaktyk na chwilę po ich narodzinach” – mówi X. Fan.

Wizja artystyczna Kosmicznego Teleskopu Podczerwieni James Webb. To kolejny z serii kosmicznych kosmicznych obserwatoriów. Urządzenie wspomorze dwie wcześniejsze satelity obserwacyjne, Hubble’a i Chandre. 6-metrowe zwierciadło teleskopu pozwoli na oglądanie bardzo odległego Wszechświata. JWST (James Webb Space Telescope) ma zostać umieszczony na orbicie w 2011 roku.

Jeżeli w najbliższym czasie nie będzie żadnych ulepszeń kamery w Kosmicznym Teleskopie Hubble’a na zdjęcia bardziej odległych obszarów trzeba będzie poczekać kilka lat. Dopiero w 2011 na orbicie około ziemskiej ma zostać umieszczone Kosmiczny Teleskop Podczerwieni James Webb. Nowe urządzenie będzie wstanie zajrzeć naprawdę daleko w przestrzeń. Czy jednak wystarczy to, by odkryć prawdę?

Ponieważ Wszechświat stale się rozszerza odległości w kosmosie można mierzyć tak zwanym współczynnikiem poczerwienienia. Czym obiekt dalej, tym szybciej się od nas oddala i tym większy jest efekt dopplerowskiego poczerwienienia. Zaobserwowane przez naukowców galaktyki mają współczynnik poczerwienienia z = 6. Niektóre teorie mówią, że gwiazdy odpowiedzialne za rejonizacje mogły powstać zaledwie 200 milionów lat po wielkim wybuchu, żeby je zauważyć trzeba zajrzeć w obszary Wszechświata o poczerwienieniu z = 20. “Korzystając z Teleskopu J. Webb, będziemy wiedzieć tylko troszeczkę więcej niż dzisiaj“, mówi M. Stiavelli.

Autor

Marcin Nowakowski