Das Swift-Teleskop hat seinen eigenen Rekord aktualisiert, indem es Licht vom entferntesten Objekt im Universum eingefangen hat. Das Objekt explodierte nur 350 Millionen Jahre nach dem Urknall in einem Schwarzen Loch.

Am Morgen des 5. Februar um 7:18:43 Uhr Moskauer Zeit bemerkte das BAT-Gammastrahlenteleskop an Bord des Wissenschaftssatelliten Swift einen scharfen Ausbruch von Gammastrahlung aus Richtung des Sternbildes Löwe. Der Strom hochenergetischer Quanten wuchs etwa acht Sekunden lang und begann dann zu fallen; Eine halbe Minute nach dem Start endete das himmlische Feuerwerk im Gammabereich.

Keine drei Minuten später hatte sich Swift mit seinem Röntgenteleskop XRT bereits dem Blitz zugewandt und sah eine neue Quelle von Röntgenquanten, deren Helligkeit rapide abnahm. Es gab keinen Zweifel mehr: Es war ein Gammastrahlenausbruch, eine grandiose kosmische Explosion, die irgendwo in den Tiefen des Weltraums die Geburt eines Schwarzen Lochs markierte. Alle Observatorien der Welt erhielten Rundschreiben, in denen gefordert wurde, GRB100205A (diese Bezeichnung wurde dem Ausbruch gegeben) im optischen und infraroten Bereich zu beobachten. Die Berichte gaben an, dass Swifts eigenes optisches Teleskop, UVOT, am Ort der Explosion nichts sehen konnte – weder in der Optik noch im Ultraviolett.

In einem dichten und warmen Universum

Rotverschiebung Astronomen messen Entfernungen mit der Rotverschiebung z, der Skala für zunehmende Lichtwellenlängen. Es zeigt, wie oft sich unsere Welt während der Reise des Lichts vergrößert hat. z = 0 entspricht hier und heute, und wenn z beispielsweise drei ist, wurde das Licht emittiert, als das Universum bei z + 1 war, also viermal weniger. Wie viel das in Lichtjahren ist, hängt von der Geschichte der Expansion des Universums ab.

Es scheint eine sehr einfache Erklärung für das Versagen des kleinen UVOT und vieler mittelgroßer terrestrischer Instrumente zu geben, die versuchen, eine kosmische Flare einzufangen: GRB100205A ist der am weitesten entfernte Ausbruch, der jemals aufgezeichnet wurde. Nach vorläufigen Daten wird seine Rotverschiebung z auf einen Wert von 11 bis 13,5 geschätzt, was bedeutet, dass das Schwarze Loch, dessen Erscheinen er begrüßte, nur 300 bis 400 Millionen Jahre nach dem Urknall geboren wurde. , GRB090423, der letztes Jahr von demselben Mauersegler gefangen wurde, spritzte in fast das Doppelte des älteren Universums: 630 Millionen Jahre trennten ihn vom Beginn der Zeit.

350 Millionen Jahre sind ein sehr junges Alter: Damals war das Universum 13-mal kleiner, also 2.000-mal dichter als heute! Wasserstoff und Helium, die in den ersten drei Minuten nach dem Urknall gekocht wurden, flossen gerade in die wachsenden potentiellen Löcher der allerersten Zwerggalaxien, und es gab nichts außer Wasserstoff und Helium. Und all dies wurde in ein Thermalbad der allgegenwärtigen kosmischen Mikrowellenstrahlung getaucht, deren Temperatur fast 40 Grad Kelvin betrug und deren Dichte 25.000 Mal höher war als jetzt.

Allerdings haben laut Astronomen noch keinen neuen Rekord angekündigt. Massive Sterne - und nur sie sind nach modernen Vorstellungen in der Lage, Gammastrahlenausbrüche zu erzeugen und sich in Schwarze Löcher zu verwandeln - leben nur wenige Millionen Jahre - nur wenig im Vergleich zum geschätzten Alter des Universums zur Zeit von die Explosion. Aber wie sie in dieser Zeit geboren werden konnten – in Wärme, ohne schwere Elemente, in Galaxien geringer Dichte – ist eine große Frage. Deshalb sprechen Wissenschaftler mit ihrem Konservatismus immer noch von einem „Kandidaten für Gammastrahlenausbrüche bei z ~ 11–13,5“.

Indizien

Wissenschaftler haben jedoch wirklich keine direkten Beweise für einen Rekordbereich - zum Beispiel wäre ein Spektrum sichtbar, in dem Linien sichtbar wären, die von im Labor gemessenen Positionen um das 12- bis 14-fache verschoben sind. Aber wie im Prozess gegen Dmitry Karamasov gibt es viele Indizienbeweise.

Erstens die bereits erwähnte Unfähigkeit der meisten Instrumente, den Gammastrahlenausbruch selbst (oder vielmehr sein optisches Nachleuchten) selbst in den ersten Stunden nach dem Blitz zu sehen. Zweitens gibt es eine verdächtig geringe Lichtabsorption im Röntgenbereich, die typisch für Gammastrahlenausbrüche ist, die im frühen Universum aufflammten, als noch wenig Substanz in der Nähe war, die Röntgenstrahlen streuen konnte. Drittens das völlige Fehlen zumindest einiger Spuren der Muttergalaxie des Gammastrahlenausbruchs in sehr tiefen Bildern, die von bodengestützten Teleskopen aufgenommen wurden. Viele an der Suche beteiligte Instrumente würden typische Galaxien sogar in Entfernungen von 12 bis 12,5 Milliarden Lichtjahren von der Erde leicht finden, aber sie sehen nichts.

Was wird fallen Auf der Suche nach den entferntesten Galaxien verwenden Astronomen die sogenannte Farb-Fallout-Technik. Es basiert auf der Tatsache, dass das Spektrum jeder Galaxie wie eine mehr oder weniger glatte Kurve aussieht, stellenweise gezackt mit Spektrallinien, aber im ultravioletten Bereich bei einer Wellenlänge von weniger als 121,6 nm, wo die Lichtabsorption durch Wasserstoff zunimmt Bemerkenswerterweise endet das Spektrum abrupt. Gleichzeitig verschiebt sich das Spektrum entfernter Galaxien, die wir auf der Erde empfangen, in den roten Bereich – über Milliarden von Jahren der Reise durch das Universum hat die Wellenlänge jedes Photons so stark zugenommen wie unser gesamtes expandierendes Universum. Je weiter das Objekt entfernt ist, desto länger wandert das Licht und desto größer ist die Verschiebung. Daher endet das Spektrum naher Galaxien im Ultravioletten, für entfernte im optischen Bereich und für die entferntesten Galaxien in den Infrarotbereich des Spektrums.

Und schließlich der "mathematische" Beweis - allerdings genauso schlüssig wie der Brief von Mitja Gruschenka. Das Acht-Meter-Gemini-North-Teleskop auf den Hawaii-Inseln schaffte es, obwohl 2,5 Stunden nach dem Ausbruch, immer noch, auf die Explosionsstelle zu zielen und hier ein schnell verblassendes Objekt zu entdecken. Es war jedoch nur im Infrarotbereich zu sehen. Und seine Brillanz war im K-Filter bei einer Wellenlänge von 2,2 Mikrometern fast viermal höher als im H-Filter bei einer Wellenlänge von 1,65 Mikrometern.

Die einfachste Erklärung für diesen Sprung ist die Absorption von kurzwelliger Strahlung durch die Resonanzlinie von Wasserstoff, Ly α (ausgesprochen "Lyman-alpha"). Nur hier im Laborbezugssystem liegt diese Linie bei einer Wellenlänge von 0,1216 nm. Wenn diese Linie durch die Expansion des Universums an die Grenze zwischen den H- und K-Filtern gezogen wurde, dann hätte unsere Welt zum Zeitpunkt ihrer Emission 12-14,5-mal kleiner sein müssen als jetzt (wiederum mit einer konservativen Analyse ). Hier kommt die Rotverschiebungsschätzung z~11–13,5 her.

Eine Frage des Geschmacks

Gegen diesen „Beweis“ lassen sich jedoch Einwände erheben. Ein alternatives Modell legt nahe, dass das Licht im H-Filter von Staub absorbiert wurde, der sich bei einer Rotverschiebung von z~4 befindet. In diesem Fall kann GRB100205A „nur“ 12 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt sein – natürlich weit, aber kein Rekord.

Zwar sollte die Absorption in diesem Fall sehr bedeutend sein, etwa 15-20 Mal, und woher man 1,7 Milliarden Jahre nach dem Urknall so viel Staub bekommt, ist auch nicht ganz klar. Auch das Fehlen einer Galaxie auf den Bildern, in der der notwendige Staub leben könnte, und die relativ schwache Absorption von Licht im Röntgenbereich passen ebenfalls nicht gut zu dieser Erklärung. Aber hier gilt es, aus zwei ungewöhnlichen Hypothesen diejenige zu wählen, die am wenigsten unglaubwürdig ist: viel Staub in 1,7 Milliarden Jahren oder die Geburt eines Schwarzen Lochs in 350 Millionen Jahren nach Erschaffung der Welt. Solange es keine neuen Daten gibt, ist eine solche Wahl tatsächlich eine Frage des persönlichen Geschmacks der Theoretiker.

Und das Ärgerlichste ist, dass die erforderlichen Daten möglicherweise nicht sehr bald angezeigt werden. Drei Wochen sind seit dem Gammastrahlenausbruch vergangen, sodass ein auffälliges optisches Nachleuchten längst verblasst ist. Und jetzt dauert es sehr, sehr lange, Licht zu akkumulieren, um eine staubige Galaxie bei z~4 zu sehen. Oder warten Sie noch länger, bis ein Instrument erscheint, das die Muttergalaxie GRB100205A bei z über zehn sehen kann. Und sogar der Überrest dieser Explosion selbst – schließlich werden wir eines Tages solche Teleskope noch erleben.

Die Wissenschaft

Ein neu entdecktes Himmelsobjekt wetteifert um den Titel des von uns am weitesten entfernten beobachteten Weltraumobjekts im Universum, sagten Astronomen. Dieses Objekt ist eine Galaxie MACS0647-JD, die 13,3 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt liegt.

Das Universum selbst ist laut Wissenschaftlern 13,7 Milliarden Jahre alt, also ist das Licht dieser Galaxie, das wir heute sehen können, ihr Licht von Anfang an der Entstehung des Kosmos.

Wissenschaftler beobachten Objekt mit NASA-Weltraumteleskopen Hubble und "Spitzer", sowie diese Beobachtungen wurden mit Hilfe einer natürlichen kosmischen "Lupe" ermöglicht. Diese Linse ist eigentlich ein riesiger Galaxienhaufen, dessen kombinierte Gravitation die Raumzeit verzerrt und die sogenannte Gravitationslinse. Wenn Licht aus einer fernen Galaxie auf seinem Weg zur Erde durch eine solche Linse fällt, wird es verstärkt.

So sieht eine Gravitationslinse aus:

„Linsen wie diese können das Licht eines Objekts so stark verstärken, dass kein von Menschen hergestelltes Teleskop dies leisten kann., - Er spricht Marc Postmann, ein Astronom am Space Telescope Science Institute in Baltimore. - Ohne eine solche Vergrößerung muss man sich titanisch anstrengen, um eine so weit entfernte Galaxie zu sehen."

Die neue ferne Galaxie ist sehr klein, viel kleiner als unsere Milchstraße. sagten Wissenschaftler. Dieses Objekt ist, nach dem Licht zu urteilen, das zu uns heruntergekommen ist, sehr jung, es kam zu uns aus einer Zeit, als das Universum selbst in der frühesten Phase seiner Entwicklung war. Sie wurde nur 420 Millionen Jahre alt, das sind 3 Prozent ihres heutigen Alters.

Eine kleine Galaxie ist nur 600 Lichtjahre breit, aber wie Sie wissen, ist die Milchstraße viel größer – 150.000 Lichtjahre breit. Astronomen glauben, dass MACS0647-JD schließlich mit anderen kleinen Galaxien verschmolzen ist, um eine größere zu bilden.

Kosmische Verschmelzung von Galaxien

„Dieses Objekt ist möglicherweise einer der vielen Bausteine ​​einer größeren Galaxie, sagen die Forscher. - In den nächsten 13 Milliarden Jahren könnte es Dutzende, Hunderte oder sogar Tausende von Verschmelzungen mit anderen Galaxien oder deren Fragmenten durchlaufen."

Astronomen beobachten weiterhin noch weiter entfernte Objekte, während sich ihre Beobachtungstechniken und -instrumente verbessern. Das vorherige Objekt, das den Titel der am weitesten entfernten beobachtbaren Galaxie trug, war die Galaxie SXDF-NB1006-2, die sich in einer Entfernung von 12,91 Milliarden Lichtjahren von der Erde befindet. Dieses Objekt wurde mit Teleskopen gesehen Subaru und "Kek" in Hawaii.

Astronomen haben das am weitesten entfernte bekannte Objekt im Universum gefunden. Das Alter der Galaxie UDFy-38135539 beträgt 13,1 Milliarden Jahre – das heißt, sie entstand nur 600 Millionen Jahre nach dem Urknall. Die Forscher beschrieben die von ihnen entdeckte Galaxie in einem Zeitschriftenartikel Natur. Kurz über die Arbeit schreibt New Scientist.

Das erste Bild der Galaxie wurde im September 2009 vom Hubble-Teleskop aufgenommen. Die Strahlung eines sehr blassen Objekts wurde stark in den roten Bereich des Spektrums verschoben - eine solche Verschiebung ist typisch für antike Objekte. Je größer der Versatz, desto älter das Objekt – und desto größer die Distanz, die das Licht vom Objekt zum Beobachter zurückgelegt hat. Es ist jedoch auch eine alternative Erklärung möglich - Strahlung mit ähnlichen spektralen Eigenschaften kann von Objekten wie Braunen Zwergen in der Nähe des Sonnensystems emittiert werden.

Um sich zwischen diesen beiden Möglichkeiten zu entscheiden, führten Astronomen kontinuierliche 16-stündige Beobachtungen des gefundenen Objekts mit dem 8,2-Meter-Teleskop der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile durch. Die Analyse der gesammelten Daten zum Spektrum des Objekts ermöglichte es den Wissenschaftlern festzustellen, dass es sich um eine Galaxie handelt, die 13,1 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt ist (so viele Jahre brauchte das Licht, um die Optik des Teleskops zu erreichen). Das Alter des Universums wird auf etwa 13,7 Milliarden Jahre geschätzt.

Nach den am weitesten verbreiteten Hypothesen zur Entwicklung des Universums begannen sich mehrere hunderttausend Jahre nach dem Urknall Protonen und Elektronen miteinander zu verbinden und Wasserstoff zu bilden. Nach weiteren 150 Millionen Jahren begannen sich die ersten Galaxien zu bilden, und der Raum zwischen ihnen war mit Wasserstoff gefüllt, der das Licht der Sterne absorbierte. Unter dem Einfluss der Strahlung der Sterne wurde Wasserstoff jedoch allmählich in Protonen und Elektronen gespalten (dieser Vorgang wird als Reionisierung bezeichnet), und das Universum wurde allmählich transparent. Es wurde angenommen, dass der intergalaktische Raum etwa 800 Millionen Jahre nach dem Urknall mehr oder weniger ausgeräumt war.

Die Tatsache, dass Astronomen die Galaxie UDFy-38135539 sehen konnten, bedeutet, dass die Reionisierung bereits in vollem Gange war, als das Universum erst 600 Millionen Jahre alt war (andernfalls wäre es unmöglich gewesen, UDFy-38135539 zu beobachten). Die Berechnungen der Autoren der Studie zeigen, dass die Strahlung dieser Galaxie allein nicht ausreichte, um den umgebenden Weltraum zu reinigen, so dass Astronomen vermuten, dass benachbarte Sternhaufen UDFy-38135539 "geholfen" haben.

Das bisher am weitesten entfernte Objekt, das im Universum gefunden wurde, ist der Gammastrahlenausbruch GRB 090423, der vor etwa 13,1 Milliarden Jahren stattfand (nach aktualisierten Schätzungen vor etwa 13 Milliarden Jahren).

Mithilfe von Daten des Hubble-Weltraumteleskops haben Astronomen das am weitesten entfernte Objekt in unserem Universum entdeckt, eine Galaxie, die 13,2 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt liegt.

„Wir gingen in der Zeit zurück, kamen den ersten Galaxien sehr nahe, von denen wir glauben, dass sie ungefähr 200 bis 300 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden sind“, zitiert RIA Novosti einen der Autoren der Arbeit, Garth Illingworth. Das einzigartige Objekt stellte sich als UDFj-39546284 heraus - eine rekordverdächtige ferne Galaxie, die sich durch eine relativ geringe Sternentstehungsrate auszeichnete. Ein Vergleich der Daten darüber mit Informationen über andere relativ nähere und "ältere" Galaxien zeigte, dass sich die Sternentstehungsrate in Galaxien in nur 170 Millionen Jahren verzehnfacht hat.

„Das ist ein erstaunliches Wachstum über einen Zeitraum, der nur 1 % des aktuellen Alters des Universums ausmacht“, sagt Illingworth. Laut Wissenschaftlern stimmen diese Daten mit dem hierarchischen Bild der Galaxienentstehung überein, wonach Galaxien unter dem Einfluss der Schwerkraft dunkler Materie wachsen und verschmelzen. Die von Wissenschaftlern gefundene Galaxie ist viel kleiner und leichter als moderne Spiralgalaxien. Unsere Galaxie ist also etwa 100-mal massereicher.

Die Suche nach immer weiter entfernten Weltraumobjekten hilft Astronomen, in die ferne Vergangenheit des Universums zu blicken. Da die Lichtgeschwindigkeit endlich ist, sehen wir entfernte Galaxien wie in der fernen Vergangenheit. Astronomen beobachten die Galaxie UDFj-39546284 so, wie sie aussah, als das Universum nur 480 Millionen Jahre alt war.

Der Hauptindikator für die Entfernung zu fernen Galaxien ist die Rotverschiebung - die Verschiebung von Linien im Spektrum aufgrund des Doppler-Effekts. Je größer die Rotverschiebung, desto weiter entfernt das Weltraumobjekt, denn mit zunehmender Entfernung nimmt nach dem Hubble-Gesetz die Fluchtgeschwindigkeit von Galaxien zu. Laut den Autoren der Entdeckung der entferntesten Galaxie kann ihre Rotverschiebung 10,3 betragen. Diese Daten sind jedoch nicht endgültig, da im gegenwärtigen Stadium der Entwicklung der Astronomie die genaue Messung der Rotverschiebung eine äußerst schwierige Aufgabe ist. „Bis die Rotverschiebung mit spektroskopischen Methoden gemessen wird, bleibt sie nur ein Kandidat, wenn auch ein guter Kandidat“, kommentierte der Astrophysiker Sergei Popov vom Sternberg Astronomical Institute die Entdeckung.

Wenn sich herausstellt, dass die Rotverschiebungsindikatoren einer offenen Galaxie tatsächlich im Bereich von 9 - 10 liegen, wird das Objekt als das älteste im Universum erkannt. Diesen Titel hatte zwischenzeitlich die 13 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernte Galaxie UDFy-38135539 inne. Es wurde im Oktober 2010 von Astronomen der Europäischen Südsternwarte (ESO) entdeckt. Die Rotverschiebung dieser Galaxie betrug 8,5549, und wir sehen sie so, wie sie vor etwa 600 Millionen Jahren war.

Bildbeschreibung Dieser Stern starb nur 520 Millionen Jahre nach dem Urknall

Eine riesige Supernova-Explosion am äußersten Rand des beobachtbaren Universums war anscheinend das am weitesten entfernte Ereignis, das vom Teleskop aufgezeichnet wurde.

Astronomen glauben, dass der Tod dieses Sterns, der vom amerikanischen Orbitalobservatorium SWIFT fotografiert wurde, nur 520 Millionen Jahre nach dem Urknall stattfand, in dem unser Universum geboren wurde.

Das bedeutet, dass das Licht des sterbenden Sterns 13,14 Milliarden Jahre zur Erde gereist ist.

Die Ergebnisse dieser Studie werden in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal veröffentlicht.

Das entdeckte Phänomen hat die Bezeichnung GRB 090429B erhalten. Die Buchstaben GRB sind eine Abkürzung für die Worte Gamma-Ray-Burst – ein Ausbruch von Gammastrahlung – wie Astronomen solche Objekte bezeichnen.

Röntgenbild des Universums

Diese Ausbrüche von Gammastrahlen begleiten normalerweise extrem heftige stellare Prozesse, wie das Lebensende von Riesensternen.

"Wahrscheinlich war es ein riesiger Stern mit einer 30-mal größeren Masse als unsere Sonne", sagte der Leiter des Forschungsteams, Dr. Antonino Cucchiara von der University of California in Berkeley.

Bildbeschreibung Der Swift-Satellit ist ein gemeinsames Projekt von NASA und ESA

„Wir haben zwar nicht genügend Daten, um diesen Stern den sogenannten Population-III-Sternen zuzuordnen, also der allerersten Generation von Sternen, die in unserem Universum auftauchten“, glaubt der Wissenschaftler, „aber wir beobachten sicherlich einen von ihnen die frühesten Stadien der Sternentstehung.“ .

Diese Flares treten innerhalb kürzester Zeit auf, ihr Nachleuchten dauert jedoch teilweise mehrere Tage an, was es ermöglicht, die Entwicklung des Prozesses mit anderen Teleskopen zu beobachten und die Entfernung zum Gammastrahlenausbruch zu bestimmen.

Der 2004 gestartete Swift-Satellit ist in der Lage, Bursts schnell, weniger als eine Minute, optisch und durch Röntgenstrahlen zu identifizieren. Zu seinen Entdeckungen zählen leistungsstarke, teilweise mehrfache Röntgenblitze im Nachglühen, sowie die Detektion von Nachglühen noch vor dem Ende der eigentlichen Gammastrahlung.

Rennen um die Antike

Astronomen konkurrieren nun darum, wer das am weitesten entfernte und damit älteste Objekt im Universum fixieren wird.

Das berühmte Hubble-Weltraumteleskop verfügt über viel leistungsfähigere Instrumente zur Beobachtung solch entfernter Objekte, die 2009 von amerikanischen Astronauten an Bord gebracht wurden.

Wie entsteht ein Gammastrahlenausbruch (GB)?

NASA-Wissenschaftler, die Bilder des Hubble-Teleskops untersuchten, haben bereits Galaxien beobachtet, die ungefähr so ​​weit von uns entfernt sind wie das Gammastrahlenobjekt GRB 090429B.

Astronomen interessieren sich für diese extrem weit entfernten Sterne und Sternhaufen, weil sie unser Verständnis der Entstehung des Universums erweitern.

Besonderes Augenmerk wird auf die Stars der ersten Generation gelenkt. Diese hellblauen Variablen stammen aus Molekülwolken, die sich kurz nach dem Urknall früh gebildet haben.

Diese riesigen, pulsierenden Sterne hatten einen sehr kurzen und turbulenten Entwicklungszyklus – nur wenige Millionen Jahre – und brachten während ihres Todes schwere Elemente hervor.

Ihre grelle ultraviolette Strahlung führte zur Reionisierung der umgebenden Nebel, die hauptsächlich aus Wasserstoff bestanden, wodurch Elektronen aus Atomen entfernt wurden, was wiederum das extrem verdünnte intergalaktische Plasma erzeugte, das die gegenwärtige Generation von Sternen in unserer Galaxie umgibt.

Es ist unwahrscheinlich, dass GRB 090429B einer der allerersten Sterne im Universum ist, sagt Dr. Kukkiara. Es ist wahrscheinlich, dass es schon vorher mehrere Generationen von Sternen gab, über die wir immer noch nichts wissen.

Britische und italienische Ingenieure waren an der Entwicklung des Swift-Orbitalteleskops beteiligt. An Bord befindet sich eine britische Röntgenkamera, die Gammablitze aufnimmt, sowie Komponenten eines optischen Ultraviolett-Teleskops.