Felbukkant a legősibb ismert galaxis a sötét korszak utáni ködből

Minden eddiginél távolabbi galaxist fedeztek fel a fiatal Világegyetemben. Az objektum a Nagy Bumm után mindössze 600 millió évvel létezett, és sugárzása már áthatolt azon a ködön, amely a még csillagok nélküli sötét korszak után uralkodott az Univerzumban. A kép még homályos, de a következő években megtudjuk, miként születtek meg a legelső csillagok és galaxisok.

A Világegyetem egyenlő a Tejútrendszerrel - ezt mondták a csillagászok az 1920-as évek végéig. A csillagászati műszerek fejlődésével azonban egyértelművé vált, hogy néhány régóta ismert halvány, ködös objektum egyszerűen "nem fér bele" a körülbelül 100 ezer fényév átmérőjű korongba, azaz saját Galaxisunkba. Később az is kiderült, hogy ezek a távoli ködök valójában csillagokból állnak, tehát a Tejútrendszerhez hasonló távoli galaxisok.

Hirtelen kitágult a világ

Ezekkel a felfedezésekkel hirtelen óriási mértékben "kitágult" a világ. Az ismert galaxisok száma gyors ütemben növekedett, és a legtávolabbinak tartott ismert objektumokra állandóan újabb és újabb jelölteket "neveztek" a csillagászok - fokozatosan egyre messzebb tolva az ismert Univerzum határait. Az elmúlt években kiderült, hogy a Világegyetem 13,7 milliárd éves, tehát 13,7 milliárd fényévre lehet a legtávolabbi létező objektum. Ugyanakkor a legmesszebb lévő galaxisok és csillagok ennél valamivel közelebb kell hogy legyenek, hiszen a Nagy Bumm (Ősrobbanás) után bizonyos időnek kellett eltelnie, hogy kialakuljanak. Mára a galaxisok azonosítása az automata égbolttérképező távcsöves programok révén rutinfeladattá vált - de legtávolabbi képviselőik felfedezése most is komoly kihívás.

A legtávolabbi objektumok vizsgálata segít annak meghatározásában, hogy miként álltak össze az első galaxisok, és miként "gyulladtak be" bennük a legelső csillagok. Az első csillagnemzedék megjelenése az addig sötét Világegyetemet fénnyel árasztotta el, amit reionizációs időszaknak neveznek - ekkor ionizálódott a csillagközi hidrogén többsége, majd később a héliumatomokkal is ez történt, mint arról korábban beszámoltunk.

Sok még a megválaszolatlan kérdés az első galaxisok keletkezésével kapcsolatban. Léteztek-e csillagok az első galaxisokat megelőzően, önállóan is? Miként formálódtak a galaxisok centrumában lévő hatalmas fekete lyukak? Mikortól tartalmazott a csillagközi anyag a hidrogénnél és a héliumnál is nehezebb elemeket olyan mennyiségben, hogy abból a Földhöz hasonló bolygók születhettek?

Galaxisok a sötét korszak után

A fenti kérdések megválaszolásához közelebb visz bennünket egy új eredmény. A Nature 2010. október 19-i számában jelentették be az Európai Déli Obszervatórium (ESO) munkatársai, hogy sikerült azonosítani egy minden korábbinál távolabbi galaxist. Az UDFy-38135539 jelű objektum vöröseltolódása rekordértékű (z = 8,6), ennek alapján a Nagy Bumm után mindössze 600 millió évvel létezett.

Fantáziarajz a most felfedezett távoli és ősi galaxisról, amely anyagot gyűjt be a környezetéből, és belsejében aktív csillagkeletkezés zajlik (ESO)

A galaxis különlegessége, hogy nem sokkal az Univerzum úgynevezett "sötét korszaka" után létezett. Az Ősrobbanás után táguló Univerzumban először egy sötét időszak köszöntött be, ekkor ugyanis még nem voltak fényforrások, még egyetlen csillag sem állt össze és nem világított. A teret kitöltő hidrogén és hélium semleges gáz formájában oszlott el, de már ekkor is kisebb csomókat alkothatott (mindezek mellett a láthatatlan tömeg is egyenetlenül rendeződött el).

Fontos események a Világegyetem fejlődése során. A sematikus ábrán balról jobbra halad az idő (NASA, ESA, A. Feild (STScI))

Ezekből a csomókból alakultak ki az első galaxisok, és az anyag sűrűsődése révén ezekben keletkeztek az első csillagok, amelyek sugárzása ionizálta a csillagközi teret kitöltő hidrogéngázt. Ezt nevezik reionizációs időszaknak, mivel ekkor ionizálódott ismét a hidrogén jelentős része a Világegyetemben (közvetlenül a Nagy Bumm már egyszer ionizált állapotban volt az anyag).

Szimuláció az ionizációs időszakról. Az első csillagok ultraibolya sugárzása a hidrogénből álló "ködöt" ionizálta, átlátszóvá tette. Az ilyen átlátszó térségeket kék árnyalat, az ionizációs frontokat fehér, a gyengén átlátszó hidrogént pedig fekete szín jelzi (M. Alvarez, R. Kaehler, T. Abel)

A továbbiakban folytatódott a galaxisok fejlődése: a centrumukban lévő hatalmas fekete lyukak sok gázt vonzottak magukhoz és nyeltek el. Ennek eredményeként a csillagoknál sokkal energikusabb sugárforrások, a kvazárok, tehát az ősi aktív galaxismagok is megjelentek. Ezek középpontjában egy több millió naptömegű fekete lyuk gyűjti maga köré folyamatosan az anyagot. A hidrogén reionizációját követően közel 2 milliárd évbe telt, hogy a nagyenergiájú, ultraibolya sugárzást termelő kvazárok energiakibocsátása a hidrogénnél nehezebb héliumatomokat is ionizálja.

Az UDFy-38135539 jelű objektum tehát a jelenleg ismert legtávolabbi galaxis, amelynek fénye áthatolt már a fent említett "ködön". A legújabb kapcsolódó megfigyelések alapján az Ősrobbanás után 600 millió évvel a világűrt kitöltő gáznak átlagosan harmada-negyede volt ionizált állapotban. Eszerint ekkor már sok más csillagváros is létezhetett, mert csak ezek együttes sugárzása lehetett elég ahhoz, hogy ionizálják a hidrogént. A következő időszakban remélhetőleg sok újabb ilyen ősi galaxisokat azonosítanak, és a legelső csillagokat is megpillanthatják majd.

Korábbi kép a hélium reionizációs időszaka utáni korszakról, még mindig igen távoli galaxisokkal. A Hubble-űrteleszkóp Hubble ultra-mély-ég (HUDF) nevű felvételének részlete. Az űreleszkóp négy napon keresztül exponált a kérdéses égterületre, hogy rendkívül halvány és távoli objektumokat is megörökítsen (NASA, ESA, STScI)

A távolságrekorder objektumot egyébként a Hubble-űrtávcsővel fedezték fel, ám távolságának meghatározásához nagyobb műszerek, a 8,2 méter átmérőjű VLT-teleszkópok kellettek. Az ilyen objektumok nem csak nagyon halványak, de a kimérendő színképvonalaik hullámhossza a Világegyetem tágulása miatt az infravörös tartományba tolódott. Az UDFy-38135539 jelű objektumnál az egyik VLT-távcsőre felszerelt SIFONI nevű detektorral sikerült kimérni a vöröseltolódást, ebből pedig megbecsülni a távolságot.