Astronomové objevili nejslabší galaxie raného vesmíru

Astronomové z University of Texas (UT) v Austinu vyvinuli novou techniku k objevování nejslabších galaxií v mladém vesmíru: 10× slabších, než jaké byly doposud pozorovány. Tyto galaxie pomohou astronomům studovat doposud málo pochopenou, avšak velmi důležitou etapu vývoje vesmíru. Jejich nová technika umožní zkoumat etapu zhruba jedné miliardy roků po Velkém třesku, kdy rané období temného věku vesmíru bylo zaplaveno světlem prvních hvězd a galaxií.

Rachael Livermore a Steven Finkelstein z UT Austin Astronomy Department společně s Jennifer Lotz ze Space Telescope Science Institute začali zkoumat tyto slabé galaxie na fotografiích pořízených pomocí Hubbleova kosmického teleskopu v rámci průzkumu Hubble Space Telescope’s Frontier Fields survey.

„Tyto galaxie jsou ve skutečnosti docela běžné,“ říká Rachael Livermore. „Je velmi uspokojující, že jsme schopni je pozorovat.“

Steven Finkelstein vysvětluje, proč je objev těchto slabých galaxií tak důležitý: „Víme dobře, že pro naši představu reionizace způsobené galaxiemi by měly být galaxie stokrát slabší, než můžeme pozorovat na fotografiích z Hubbleova teleskopu a měly být opravdu, ale opravdu četné.“ To byl důvod, proč byl program Hubble Frontier Fields vytvořen.

Jennifer Lotz je vedoucí projektu Hubble Frontier Fields využívajícího největší teleskop na oběžné dráze. V rámci tohoto programu vyfotografoval Hubbleův kosmický teleskop HST několik velkých kup galaxií. Ty byly vybrány k využití jejich přednosti – jejich obrovské hmotnosti, která způsobuje důležitý optický efekt předpověděný Albertem Einsteinem. Mimořádně silná gravitace kupy galaxií zakřivuje prostor, který zesiluje světlo velmi vzdálených galaxií nacházejících se v pozadí. A tak kupa působí jako zvětšovací sklo nebo-li „gravitační čočka“ umožňující astronomům spatřit tyto velmi vzdálené galaxie, které obvykle nejsme schopni detekovat, dokonce ani pomocí HST.

„Hlavní motivací pro projekt Hubble Frontier Fields bylo pátrání po mimořádně slabých galaxiích v období rozhodující fáze pro vývoj vesmíru,“ říká Jennifer Lotz. „Nicméně prvořadá obtížnost při použití kup galaxií Frontier Field jako extrémního zvětšovacího skla je, jak uvést na pravou míru ovlivnění pozorování světlem samotných kup galaxií.“

Rachael Livermore doplňuje: „Problémem je, že jen s obtížemi hledáte tyto skutečně slabé objekty svítící v pozadí. Nejjasnější galaxie ve vesmíru se nacházejí v kupách a tyto kupy galaxií blokují světlo galaxií v pozadí, takže je obtížné je vůbec pozorovat. A tak jsem použila metodu odstranění kupy galaxií z pořízeného snímku.“

Její metoda využívá počítačového modelování k rozpoznání a odlišení světla z galaxií v popředí (kupa galaxií) od světla přicházejícího z galaxií v pozadí (mnohem vzdálenější galaxie, jejichž světlo je zesílené efektem gravitační čočky).

Podle Jennifer Lotz „je tato práce jedinečná ve svém přístupu k odstranění tohoto světla. To nám umožňuje detekovat mnohem více slabších galaxií, než jsme spatřili při předcházejících výzkumech, a dosáhnout hlavního cíle průzkumu Frontier Fields.“

Rachael Livermore a Steven Finkelstein použili novou metodu na dvě kupy galaxií zkoumaných v rámci projektu Frontier Fields: Abell 2744 a MACS 0416. To jim umožnilo identifikovat slabé galaxie pozorovatelné v době, kdy vesmír byl starý přibližně miliardu roků, tedy méně než 10 % jeho současného věku. Pozorované galaxie jsou 100× slabší, než které byly objeveny v rámci Hubbleova ultra hlubokého pole (Hubble Ultra Deep Field – HUDF), což jsou nejpodrobnějšími snímky noční oblohy, jaké zatím byly získány.

Jejich pozorování ukázala, že tyto slabé galaxie jsou mimořádně četné, což je v souladu s představou, že velký počet velmi slabých galaxií byl hlavní hnací silou probíhající reionizace.

Tým astronomů plánuje pokračování výzkumu kup galaxií v rámci programu Frontier Fields a jejich studium pomocí metody, kterou navrhla Rachael Livermore. Podle ní bude v budoucnu stejně tak využit i připravovaný James Webb Space Telescope k výzkumu ještě slabších galaxií.

Článek byl publikován v časopise The Astrophysical Journal.

Zdroj: https://mcdonaldobservatory.org/news/releases/20170208 a https://frontierfields.org/tag/frontierfields/

autor: František Martinek