Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 47 – vyšlo 24. listopadu, ročník 1 (2003) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

47/2003

Kvazar s rudým posuvem z = 6,42

Ivan Havlíček

J 1148+5251 je dnes nejvzdálenější a tudíž i nejmladší známý objekt, uvnitř něhož se nachází kvazar s rudým posuvem z = 6,42. V jeho jádru je pak nejhmotnější černá díra, jakou známe. Její hmotnost převyšuje 3 miliardy M_☼.

Kvazar - kvazistelární objekt, objekt s malým úhlovým rozměrem (<1") a obrovským zářivým výkonem v celém spektru (řádově 1041 W). U kvasarů pozorujeme velké červené posuvy emisních čar. Předpokládá se, že červený posuv je kosmologického původu; pak jsou ovšem kvasary nejvzdálenějšími a nejzářivějšími objekty, které ve vesmíru pozorujeme. SDSS - Sloan Digital Sky Survey, katalogizuje a mapuje všechny galaxie s mezní jasností 23 m na asi čtvrtině severní oblohy. Přehlídka zahrnuje asi 500 miliónů galaxií a ještě více hvězd. U každé galaxie je určena pozice, jasnost a barva. Navíc pro asi milión galaxií a 100 000 Kvazarů budou pořízena spektra. Získaný katalog zmapuje 1000 × větší oblast než současné mapy. VLA - Síť 27 radioteleskopů poskládaných do tvaru písmene Y umístěná v Novém Mexiku. Průměr jedné antény je 25 metrů, hmotnost 230 tun. Základna sítě radioteleskopů činí 36 kilometrů. Kosmologický posuv - změna vlnové délky spektrální čáry způsobená rozpínámím vesmíru. Kvantitativně se udává kosmologický posuv číslem z = Δλ/λ.

Kvazar J 1148+5251 byl objeven začátkem tohoto roku v rámci "Sloan Digital Sky Survey", velkého astronomického přehlídkového projektu, na němž pracuje tým odborníků pod vedením Xiaohua Fana z Arizonské university. Tento kvazar je jedním z pěti dnes známých objektů z temného věku vesmíru, kdy se vesmír začal zprůhledňovat a kdy se explosivně zvyšující rychlostí začaly utvářet galaxie, hvězdy a černé díry. Naměřená data se dnes interpretují tak, že světlo prvních hvězd opustilo tento objekt 650 milionů let po události označované jako Velký třesk (některé zdroje uvádějí i hodnotu 850 nebo 870 milionů let po Velkém třesku a hodnotu kosmologického posuvu z = 6,41; v měřítku celkového časového určení je však tento rozptyl zanedbatelný).

Objevitelský snímek kvazaru J1148+5251 získaný přehlídkovým
programem Sloan Digital Sky Survey na Apache Point
Observatory. Zobrazený výřez má stranu velkou
přibližně 2′, což je 1/15 měsíčního průměru.

Kvazar se nachází uprostřed oblaku chladného molekulárního vodíku H₂, jehož hmotnost byla určena na 20 miliard M_☼. V rozpínajícím se žhavém raném vesmíru se jako první chemické prvky utvořily vodíkové a heliové atomy a molekuly. První galaxie a hvězdy se zformovaly z tohoto materiálu, neměly by tedy obsahovat žádné jiné prvky. Hvězdy vzniklé později pak již obsahují těžší prvky jako uhlík, dusík a kyslík. Tyto těžší prvky se mohly vytvořit až v nitru hvězd nulté generace jako výsledek nukleogeneze. Někdy pro první hvězdy bývá užíváno i označení „III. populace“ podle historické klasifikace založené na rozdělení hvězd v Mléčné dráze. Galaktický disk zde obsahuje mladé hvězdy I. populace, galaktické haló starší hvězdy II. populace. Dělení hvězd na generace je téhož základu, jen pořadí je opačné – staré hvězdy patří do generace označované nižším indexem. Potud je vše při starém.

Snímek J 1148+5251 pořízený VLA

Problém ve stárnoucích teoriích popisu raného vesmíru nastal, když ve zmiňovaném kvazaru J 1148+5251 byl nade vší pochybnost raditeleskopovou interferenční spektroskopií zjištěn kysličník uhelnatý CO. Jako interferometr byla zapojena síť Very Large Array v Novém Mexiku a radioteleskop Plateau de Bure (IRAM) ve Francouzských Alpách. Prachová emise byla zjištěna použitím IRAM 30-metrového radioteleskopu umístěného na Pico Veleta poblíž Grenady ve Španělsku.

Emise kysličníku uhelnatého CO zřetelná ve spektru
kvazaru J1148+5251. Spektrogram je získán pomocí
radioteleskopů IRAM – interferometrem Plateau
 de Bure. Nízké frekvence CO emise byly potvrzeny
 také pomocí VLA a stometrovým radioteleskopem
v Effelsbergu.

Oblak CO, jehož hmota se v hostitelské galaxii odhaduje na 10 miliard M_☼, musel tedy vzniknout ve velmi rané fázi vesmíru. Jestli zdrojem těžkých atomů pro pozorovaný oblak CO byly první hvězdy, pak musely explodovat v průběhu zhruba 200 milionů let před dobou, ve které kvazar dnes pozorujeme. Je-li tedy správný časový údaj získaný interpretací naměřeného kosmologického posuvu, pak první hvězdy musely vznikat již nejpozději 650 milionů let po události Velký třesk. Pozorovaný molekulární oblak, který kvazar obklopuje, je pro svoji extrémní svítivost (několiktisíckrát vyšší, než cokoliv z blízkého vesmíru) dosti přesným zdrojem informací o hustotě, teplotě a gravitačních poměrech sledovaného objektu. Jestli bude kvazar v tomto produktivním stavu něco okolo 10 milionů let, je otevřenou otázkou, zda tvorba nových hvězd bude i nadále pokračovat současným tempem (cca jedna hvězda za pět hodin) nebo zda se tato perioda bude prodlužovat.

 

Nalevo: Síť radioteleskopů VLA. Napravo: Obloha viděná sítí teleskopů VLA.

Potud možnosti objevů s použitím dnešní techniky VLA a IRAM. Astronomové však očekávají v blízké budoucnosti přesnější data získaná s vyšším rozlišením pomocí právě budované sítě radioteleskopů v poušti Atacama - Atacama Large Millimeter Array (ALMA). Síť by měla obsahovat 64 radioteleskopů s průměrem každé antény 25 metrů. Tento velký projekt je založen na mezinárodní spolupráci Evropy, USA, Kanady a Chile, měl by být uveden do provozu v roce 2011.

Připravovaná síť radioteleskopů ALMA v Atacamské poušti.

Odkazy