Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 29 – vyšlo 27. července, ročník 5 (2007) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

29/2007

Nejvzdálenější galaxie lze pozorovat gravitačním čočkováním

Ivan Havlíček

Gravitačním čočkováním pomocí vzdálených kup galaxií lze pozorovat objekty, které vyplňovaly vesmír v dávné minulosti. Astronomům z Caltechu se podařilo pomocí IR spektroskopu na dalekohledu Keck II rozpoznat svítící objekty ve vzdálenosti 13 miliard světelných rokůSvětelný rok (ly) – vzdálenost, kterou světlo ve vakuu urazí za jeden rok, 1 ly = 9,46×10¹² km.. Tedy světlo, které zde pozorujeme, vylétlo z těchto galaxií ve vesmíru starém jen 500 milionů roků, což odpovídá 4 % jeho dnešního stáří.

Gravitační čočka – efekt gravitační čočky předpověděl v roce 1924 ruský fyzik Orest Chvolson a v roce 1936 Albert Einstein. Hmotný objekt (zpravidla velká galaxie) ležící mezi zdrojem záření a pozorovatelem zakřivuje světelné paprsky podobně jako skleněná čočka v laboratoři. Jsou-li objekty dokonale na přímce, vznikne jako obraz vzdálené galaxie tzv. Einsteinův prstenec. Jsou-li objekty mimo osu, vznikne buď oblouk, několikanásobný obraz nebo zdeformovaný obraz vzdálené galaxie či kvazaru. První gravitační čočka byla objevena v roce 1979. SST (Spitzer Space Telescope) – Spitzerův vesmírný dalekohled. Kosmická observatoř NASA pracující v infračerveném oboru, která byla vynesena na oběžnou dráhu v srpnu 2003 nosnou raketou Delta 7920H ELV. Zrcadlo má průměr 85 cm. Přístroje byly chlazeny kapalným heliem na teplotu 5,5 K do roku 2009. Pozorovací spektrální rozsah byl v období chlazení 3÷180 μm. Od roku 2009 pracuje dalekohled v „teplém“ režimu – teplota celého dalekohledu je cca 30 K a  pracuje jen přístroj IRAS na vlnových délkách 3,6 μm a 4,5 μm. Program observatoře má na starosti California Institute of Technology.

Vývojové fáze raného vesmíru, které lze přímo mapovat dnešními dalekohledy a kosmickými observatořemi. Ve viditelném světle se prozatím podařilo přímo prohlédnout nejhlouběji Hubbleovým dalekohledemHST (Hubble Space Telescope) – Hubblův vesmírný dalekohled. Největší dalekohled na oběžné dráze kolem Země, kde byl v roce 1990 umístěn do výšky 614 km. Průměr primárního zrcadla je 2,4 m. Z hlediska kosmologie je zajímavý HST Key Project (klíčový projekt HST), který v roce 1999 posloužil k prvnímu přesnému určení Hubbleovy konstanty. V lednu 2004 NASA zrušila servisní mise k tomuto unikátnímu přístroji, nicméně v roce 2006 bylo rozhodnuto o poslední servisní misi, která měla proběhnout v roce 2008. Mise byla kvůli závadě na dalekohledu odložena a uskutečnila se v květnu 2009., Spitzerův dalekohledSST (Spitzer Space Telescope) – Spitzerův vesmírný dalekohled. Kosmická observatoř NASA pracující v infračerveném oboru, která byla vynesena na oběžnou dráhu v srpnu 2003 nosnou raketou Delta 7920H ELV. Zrcadlo má průměr 85 cm. Přístroje byly chlazeny kapalným heliem na teplotu 5,5 K do roku 2009. Pozorovací spektrální rozsah byl v období chlazení 3÷180 μm. Od roku 2009 pracuje dalekohled v „teplém“ režimu – teplota celého dalekohledu je cca 30 K a  pracuje jen přístroj IRAS na vlnových délkách 3,6 μm a 4,5 μm. Program observatoře má na starosti California Institute of Technology. je určen pro infračervenou oblast a observatoř COBECOBE – Cosmic Background Explorer, družice NASA vypuštěná v  roce 1989. Pomocí družice bylo zjištěno, že reliktní záření má teplotu 2,73 K a že jde s vysokou přesností o záření absolutně černého tělesa. V roce 1992 družice objevila fluktuace reliktního záření a jeho anizotropii způsobenou naším vlastním pohybem. Rozlišovací schopnost COBE byla 7°. Činnost sondy byla ukončena v roce 1993. dohlédla až do okamžiku, kdy se ve vesmíru objevilo samostatné elektromagnetické záření, které dnes pozorujeme jako mikrovlnné záření kosmického pozadí (tzv. reliktní záření). Zdroj: NASA.

Nejvzdálenější galaxie viditelné Hubbleovým dalekohledemHST (Hubble Space Telescope) – Hubblův vesmírný dalekohled. Největší dalekohled na oběžné dráze kolem Země, kde byl v roce 1990 umístěn do výšky 614 km. Průměr primárního zrcadla je 2,4 m. Z hlediska kosmologie je zajímavý HST Key Project (klíčový projekt HST), který v roce 1999 posloužil k prvnímu přesnému určení Hubbleovy konstanty. V lednu 2004 NASA zrušila servisní mise k tomuto unikátnímu přístroji, nicméně v roce 2006 bylo rozhodnuto o poslední servisní misi, která měla proběhnout v roce 2008. Mise byla kvůli závadě na dalekohledu odložena a uskutečnila se v květnu 2009., hranice je udávána červeným kosmologickým posuvem. Tyto snímky zobrazují objekty zasazené v čase do 900 milionů roků po vzniku vesmíru. Snímky čtyř velmi vzdálených galaxií jsou pořízeny v rozdílných vlnových délkách (591 nm, 776 nm, 944 nm, 1 119 nm a 1 604 nm). Tyto objekty lze zřetelně detekovat až za hranicí 1 000 nm (označení J a H filtr). Ve filtrech V, i a z nejsou díky posunu světla do IR oblasti vlivem velké rychlosti vzdalování objekty vůbec viditelné. Zdroj: NASA/HST.

Gravitační čočkováníGravitační čočka – efekt gravitační čočky předpověděl v roce 1924 ruský fyzik Orest Chvolson a v roce 1936 Albert Einstein. Hmotný objekt (zpravidla velká galaxie) ležící mezi zdrojem záření a pozorovatelem zakřivuje světelné paprsky podobně jako skleněná čočka v laboratoři. Jsou-li objekty dokonale na přímce, vznikne jako obraz vzdálené galaxie tzv. Einsteinův prstenec. Jsou-li objekty mimo osu, vznikne buď oblouk, několikanásobný obraz nebo zdeformovaný obraz vzdálené galaxie či kvazaru. První gravitační čočka byla objevena v roce 1979.: astronomové z Caltechu jsou průkopníky ve využívání „přirozených dalekohledů“, kterými lze pozorovat zesílený signál velmi slabých zdrojů. Lze tak uvidět objekty, které byly součástí velmi mladého vesmíru. Rozsah možného zesílení světla pomocí gravitačně čočkující kupy galaxiíKupy galaxií – největší gravitačně vázané objekty ve vesmíru tvořené třemi hlavními složkami:
 – stovkami galaxií obsahujícími hvězdy, plyn a prach,
 – obrovskými mraky horkých plynů,
 – temnou hmotou zatím neznámé povahy.
Galaxie se liší svou strukturou (spirální, eliptické, nepravidelné,…), vyzařovaným výkonem (neaktivní, radiové, Seyfertovy,…) a zejména svojí hmotností. Hmotnost je miliardy až stovky miliard Sluncí. může být 10 až 50 násobný. Typické zvětšení je dvacetinásobné, což umožňuje uvidět velmi slabé objekty v extrémních vzdálenostech. Mohou to být mladé rodící se galaxieGalaxie – kompaktní seskupení hvězd, hvězdných asociací, otevřených a kulových hvězdokup, mezihvězdné látky a temné hmoty. Galaxie se liší svou strukturou (spirální, eliptické, nepravidelné,…), vyzařovaným výkonem (neaktivní, aktivní, rádiové, Seyfertovy,…) a zejména svojí hmotností. Hmotnost je udávána v miliardách až stovkách miliard hmotností Slunce. Galaxie jsou obvykle součástmi vyšších celků, jako jsou kupy, nadkupy, vlákna a stěny. V centrech většiny galaxií se nacházejí obří černé díry., které jsou jinak mimo dosah dnešních dalekohledů. Dostáváme se tak až k objektům, které mají původ přímo ve vývojové fázi vesmíru, která bývá označována jako temný věkTemný věk – období mezi vznikem atomárních obalů na konci velkého třesku (400 000 let po vzniku vesmíru) a reionizací plynu v důsledku vzniku prvních megahvězd (550 milionů let po vzniku vesmíru). V tomto období látka ve vesmíru nezářila a byla temná.. Zdroj: California Technology Institute.

Mozaika šesti vzdálených galaxií pozorovaných gravitačním čočkovánímGravitační čočka – efekt gravitační čočky předpověděl v roce 1924 ruský fyzik Orest Chvolson a v roce 1936 Albert Einstein. Hmotný objekt (zpravidla velká galaxie) ležící mezi zdrojem záření a pozorovatelem zakřivuje světelné paprsky podobně jako skleněná čočka v laboratoři. Jsou-li objekty dokonale na přímce, vznikne jako obraz vzdálené galaxie tzv. Einsteinův prstenec. Jsou-li objekty mimo osu, vznikne buď oblouk, několikanásobný obraz nebo zdeformovaný obraz vzdálené galaxie či kvazaru. První gravitační čočka byla objevena v roce 1979.. Všechny snímky jsou pořízeny přístrojem NIRSPEC na dalekohledu Keck II. Spektrum vykazuje díky červenému posuvu v infračervené oblasti čáry neutrálního vodíku, které by u nepohyblivého zdroje byly v UV oblasti. V současnosti se pozorovatelé věnují velmi pečlivému ověření vzdálenosti objektů. Jde zejména o vyloučení jiných možností původu pozorovaných spektrálních charakteristik. Zdroj: California Technology Institute.

Obrázky z HSTHST (Hubble Space Telescope) – Hubblův vesmírný dalekohled. Největší dalekohled na oběžné dráze kolem Země, kde byl v roce 1990 umístěn do výšky 614 km. Průměr primárního zrcadla je 2,4 m. Z hlediska kosmologie je zajímavý HST Key Project (klíčový projekt HST), který v roce 1999 posloužil k prvnímu přesnému určení Hubbleovy konstanty. V lednu 2004 NASA zrušila servisní mise k tomuto unikátnímu přístroji, nicméně v roce 2006 bylo rozhodnuto o poslední servisní misi, která měla proběhnout v roce 2008. Mise byla kvůli závadě na dalekohledu odložena a uskutečnila se v květnu 2009., na kterých jsou vyznačeny některé nově objevené vzdálené zdroje. Zdroje byly vyhledávány v celkem devíti galaktických kupách. Bylo tak nalezeno šest trojitých zdrojů. Každá mezilehlá kupa galaxií může zesilovat světlo vzdálených objektů. Tento jev je však nejzřetelnější podél tzv. kritických linií (na obrázku černá linie). Vědecký tým pátral pomocí Keckova dalekohledu a IR spektroskopu právě podél těchto hranic. Zdroj: California Technology Institute.

Prachová galaxie. Nakresleno podle pozorování SST. Zdroj: SST/CALTECH.

Pozorování prováděná soustavně SSTSST (Spitzer Space Telescope) – Spitzerův vesmírný dalekohled. Kosmická observatoř NASA pracující v infračerveném oboru, která byla vynesena na oběžnou dráhu v srpnu 2003 nosnou raketou Delta 7920H ELV. Zrcadlo má průměr 85 cm. Přístroje byly chlazeny kapalným heliem na teplotu 5,5 K do roku 2009. Pozorovací spektrální rozsah byl v období chlazení 3÷180 μm. Od roku 2009 pracuje dalekohled v „teplém“ režimu – teplota celého dalekohledu je cca 30 K a  pracuje jen přístroj IRAS na vlnových délkách 3,6 μm a 4,5 μm. Program observatoře má na starosti California Institute of Technology. ve velmi vzdálených oblastech vesmíru nabídla již dříve novou třídu objektů, o nichž by se dalo uvažovat jako o zárodcích galaxií, které známe z pozdějších období. Jde o tzv. prachové galaxie, které lze přímo v IR oblasti pozorovat a nalezené objekty lze časově zařadit do vzdálenosti cca 11 miliard světelných roků, tedy necelé 3 miliardy po vzniku vesmíru. Veškerá pozorování v takto extrémních vzdálenostech jsou však na hranici možností dnešních přístrojů a omezují se většinou na záznam téměř bodových zdrojů, na nichž nelze rozpoznat žádné podrobnosti struktury. Jediná informace je tak obsažena v interpretaci spektrálních rozborů. Teprve pomocí budoucích velkých dalekohledů, jako například nový kosmický dalekohled Jamese Webba nebo plánované pozemské dalekohledy s průměry několika desítek metrů, se nám snad podaří v těchto vzdálenostech rozpoznat struktury, které se později vyvinuly do světa, který pozorujeme v našem blízkém vesmírném okolí.

Klip týdne: Prachová galaxie

Prachová galaxie. Spitzerovým kosmickým dalekohledem pracujícím v IR oboru byly nalezeny extrémně svítivé objekty, které jsou uvnitř obřích prachových oblastí ve vzdálenostech kolem 11 miliard světelných roků. Svítivost je odhadována na 10 triliónů svítivostí SlunceSlunce – nám nejbližší hvězda, tzv. hvězda hlavní posloupnosti, která se nachází ve vzdálenosti 149,6×10⁶ km od Země. Jde o žhavou plazmatickou kouli s průměrem 1,392×10⁶ km, teplotou na povrchu 5 780 K, teplotou v centru přibližně 15×10⁶ K a zářivým výkonem 3,846×10²⁶ W. Zdrojem energie je jaderná syntéza, při které se za každou sekundu sloučí v jádru Slunce 700 milionů tun vodíku na hélium.. Prozatím není příliš jasné, jak se tak ohromné nahromadění prachu nakupilo a vytvořilo galaxii. Prach by měl mít původ v prvních hvězdách III. populace (nejstarší hvězdy vůbec, dnešní hvězdy jsou hvězdami I.populace). Jedním z možných vysvětlení by mohl být kvazar usazený v jádře takového objektu, který na sebe gravitačně nabalí mezigalaktickou hmotu pocházející z předchozích dožilých hvězd. U 17 z 31 takto nalezených objektů byly ve spektru rozpoznány silikáty. Silikáty jsou základním stavebním materiálem planetárních soustav. Znamená to, že i v raných fázích galaktického vývoje mladého vesmíru byly galaxie tvořeny velmi rozmanitou škálou složek a objektů a mohly v nich vznikat i hvězdy obklopené planetami. Zdroj: CALTECH/SST. (wmv, 2 MB)

Odkazy