Teleskop Swift aktualizoval svoj vlastný záznam zachytením svetla z najvzdialenejšieho objektu vo vesmíre. Objekt explodoval do čiernej diery len 350 miliónov rokov po veľkom tresku.

V piatok 5. februára ráno o 7:18:43 moskovského času spozoroval gama teleskop BAT na palube vedeckej družice Swift prudký záblesk gama žiarenia zo smeru súhvezdia Leva. Prúd vysokoenergetických kvánt rástol asi osem sekúnd a potom začal klesať; pol minúty po začiatku sa nebeský ohňostroj v rozsahu gama skončil.

O necelé tri minúty sa už Swift otočil k záblesku so svojím röntgenovým teleskopom XRT a uvidel nový zdroj röntgenových kvánt, ktorých jas rýchlo klesal. Už nebolo pochýb: bol to záblesk gama žiarenia, grandiózny kozmický výbuch označujúci zrod čiernej diery niekde v hlbinách vesmíru. Všetky observatóriá na svete dostali obežníky s výzvou na pozorovanie GRB100205A (toto označenie dostala erupcia) v optickom a infračervenom rozsahu. V správach sa uvádzalo, že vlastný optický teleskop Swift, UVOT, nevidel na mieste výbuchu nič – ani v optike, ani v ultrafialovom svetle.

V hustom a teplom vesmíre

Červený posun Astronómovia merajú vzdialenosť pomocou červeného posunu z, čo je stupnica pre zvýšenie vlnových dĺžok svetla. Ukazuje, koľkokrát sa náš svet počas cesty svetla zväčšil. z=0 zodpovedá tu a dnes, a ak z je povedzme tri, svetlo bolo vyžarované, keď bol vesmír na z+1, teda štyrikrát menej. Koľko je to vo svetelných rokoch, závisí od histórie rozpínania vesmíru.

Zdá sa, že existuje veľmi jednoduché vysvetlenie zlyhania malého UVOT a mnohých stredne veľkých pozemských prístrojov, ktoré sa pokúšajú zachytiť kozmickú erupciu: GRB100205A je najvzdialenejší zaznamenaný výbuch. Jeho červený posuv z sa podľa predbežných údajov odhaduje na hodnotu 11 až 13,5, čo znamená, že čierna diera, ktorej vzhľadu salutoval, sa zrodila len 300-400 miliónov rokov po Veľkom tresku. , GRB090423, chytený rovnakým Swiftom minulý rok, sa dostal do takmer dvakrát staršieho vesmíru: 630 miliónov rokov ho delilo od počiatku času.

350 miliónov rokov je veľmi mladý vek: v tom čase bol vesmír 13-krát menší, čo znamená 2000-krát hustejší ako dnes! Vodík a hélium, varené v prvých troch minútach po Veľkom tresku, práve prúdili do rastúcich potenciálnych dier úplne prvých trpasličích galaxií a naokolo nebolo nič okrem vodíka a hélia. A to všetko bolo ponorené do termálneho kúpeľa všadeprítomného reliktného žiarenia, ktorého teplota bola takmer 40 stupňov Kelvina a hustota bola 25-tisíckrát vyššia ako teraz.

Nový rekord však zatiaľ astronómovia nahlas neoznámili. Masívne hviezdy – a iba ony sú podľa moderných predstáv schopné generovať gama záblesky a premeniť sa na čierne diery – žijú len niekoľko miliónov rokov – len málo v porovnaní s odhadom veku vesmíru v čase r. výbuch. Ako sa však v tej dobe mohli narodiť – v teple, bez ťažkých prvkov, v galaxiách s nízkou hustotou – je veľkou otázkou. To je dôvod, prečo vedci so svojím konzervativizmom stále hovoria o „kandidátovi na gama záblesky pri z ~ 11–13,5“.

Nepriamy dôkaz

Vedci však naozaj nemajú priame dôkazy o rekordnom dosahu – napríklad spektrum, v ktorom by boli viditeľné čiary posunuté z polôh nameraných v laboratóriu 12- až 14-krát. Ale rovnako ako v procese proti Dmitrijovi Karamazovovi existuje veľa nepriamych dôkazov.

Po prvé, už zaznamenaná neschopnosť väčšiny prístrojov vidieť samotný gama záblesk (alebo skôr jeho optický dosvit) ani v prvých hodinách po záblesku. Po druhé, existuje podozrivo malá absorpcia svetla v oblasti röntgenových lúčov, ktorá je typická pre gama záblesky, ktoré vzplanú v ranom vesmíre, keď okolo bolo ešte málo látky, ktorá by mohla rozptýliť röntgenové lúče. Po tretie, úplná absencia aspoň niektorých stôp materskej galaxie so vzplanutím gama na veľmi hlbokých snímkach získaných pozemskými ďalekohľadmi. Mnohé prístroje zúčastňujúce sa hľadania by ľahko našli typické galaxie aj vo vzdialenostiach 12-12,5 miliárd svetelných rokov od Zeme, ale nič nevidia.

Čo padne Pri hľadaní najvzdialenejších galaxií používajú astronómovia techniku ​​takzvaného farebného „spadu“. Vychádza zo skutočnosti, že spektrum akejkoľvek galaxie vyzerá ako viac-menej hladká krivka, miestami zúbkovaná spektrálnymi čiarami, avšak v ultrafialovej oblasti pri vlnovej dĺžke menšej ako 121,6 nm, kde sa zvyšuje absorpcia svetla vodíkom. výrazne, spektrum náhle končí. Zároveň je spektrum vzdialených galaxií, ktoré prijímame na Zemi, posunuté do červenej oblasti – za miliardy rokov cestovania vesmírom sa vlnová dĺžka každého fotónu zväčšila rovnako ako celý náš rozpínajúci sa vesmír. Čím je objekt ďalej, tým dlhšie svetlo prejde a posun bude väčší. Preto spektrum blízkych galaxií končí v ultrafialovej, pre vzdialené galaxie končí v optickej oblasti a pre najvzdialenejšie galaxie sa presúva do infračervenej oblasti spektra.

A na záver „matematický“ dôkaz – avšak rovnako presvedčivý ako list Mityu Grushenka. Osemmetrovému teleskopu Gemini North na Havajských ostrovoch sa síce 2,5 hodiny po prepuknutí podarilo ešte zacieliť na miesto výbuchu a odhaliť tu rýchlo miznúci objekt. Vidieť ho však bolo možné len v infračervenej oblasti. A jeho lesk vo filtri K pri vlnovej dĺžke 2,2 mikrónov bol takmer štyrikrát vyšší ako vo filtri H pri vlnovej dĺžke 1,65 mikrónu.

Najjednoduchším vysvetlením tohto skoku je absorpcia žiarenia s kratšou vlnovou dĺžkou rezonančnou čiarou vodíka Ly α (vyslovuje sa „Lyman-alfa“). Len tu v laboratórnom referenčnom systéme má táto čiara vlnovú dĺžku 0,1216 nm. Ak bola táto čiara pritiahnutá na hranicu medzi H a K filtrami expanziou Vesmíru, tak v momente jej vyžarovania by náš svet mal byť 12-14,5-krát menší ako je teraz (opäť pri konzervatívnej analýze ). Odtiaľ pochádza odhad červeného posunu z~11–13,5.

Vec vkusu

Proti týmto „dôkazom“ však možno nájsť námietky. Alternatívny model naznačuje, že svetlo vo filtri H bolo absorbované prachom nachádzajúcim sa pri červenom posune z~4. V tomto prípade môže byť GRB100205A od Zeme vzdialená „len“ 12 miliárd svetelných rokov – samozrejme ďaleko, ale nie rekordne.

Je pravda, že absorpcia by v tomto prípade mala byť veľmi významná, asi 15-20-násobná, a kde vziať toľko prachu 1,7 miliardy rokov po veľkom tresku, tiež nie je príliš jasné. Navyše, absencia na snímkach akejkoľvek galaxie, v ktorej by mohol žiť potrebný prach, a relatívne slabá absorpcia svetla v röntgenovej oblasti, tiež nesedí s týmto vysvetlením. Tu je však potrebné vybrať z dvoch nezvyčajných hypotéz tú najmenej nepravdepodobnú: veľa prachu za 1,7 miliardy rokov alebo zrod čiernej diery za 350 miliónov rokov od stvorenia sveta. Pokiaľ neexistujú žiadne nové údaje, takýto výber je v skutočnosti vecou osobného vkusu teoretikov.

A najnepríjemnejšia vec je, že potrebné údaje sa nemusia objaviť veľmi skoro. Od vzplanutia gama žiarenia ubehli tri týždne, takže viditeľný optický dosvit z neho už dávno vybledol. A teraz trvá veľmi, veľmi dlho, kým sa nahromadí svetlo, aby sme videli prašnú galaxiu v z~4. Alebo počkajte ešte dlhšie, kým sa neobjaví prístroj, ktorý dokáže vidieť materskú galaxiu GRB100205A o viac ako desať. A dokonca aj samotný pozostatok tejto explózie – veď aj my sa takýchto ďalekohľadov raz dožijeme.

Veda

Novoobjavený nebeský objekt sa uchádza o titul od nás najvzdialenejšieho pozorovaného vesmírneho objektu vo vesmíre, uviedli astronómovia. Tento objekt je galaxia MACS0647-JD, ktorá sa nachádza 13,3 miliardy svetelných rokov od Zeme.

Samotný vesmír je podľa vedcov starý 13,7 miliardy rokov, takže svetlo z tejto galaxie, ktoré dnes môžeme vidieť, je jej svetlom od samého začiatku formovania kozmu.

Vedci pozorujú objekt vesmírnymi teleskopmi NASA Hubbleov teleskop a "Spitzer", ako aj tieto pozorovania boli umožnené pomocou prirodzenej kozmickej „zväčšovacej šošovky“. Táto šošovka je vlastne obrovský zhluk galaxií, ktorých kombinovaná gravitácia deformuje časopriestor, čím vzniká tzv gravitačná šošovka. Keď svetlo zo vzdialenej galaxie prechádza cez takúto šošovku na ceste k Zemi, je zosilnené.

Takto vyzerá gravitačná šošovka:

„Takéto šošovky dokážu zväčšiť svetlo objektu natoľko, že to nedokáže žiadny teleskop vyrobený človekom., - On rozpráva Marc Poštár, astronóm z Space Telescope Science Institute v Baltimore. - Bez takéhoto zväčšenia musí človek vynaložiť obrovské úsilie, aby videl takú vzdialenú galaxiu.“

Nová vzdialená galaxia je veľmi malá, oveľa menšia ako naša Mliečna dráha. povedali vedci. Tento objekt, súdiac podľa svetla, ktoré k nám zostúpilo, je veľmi mladý, prišiel k nám z obdobia, keď bol samotný vesmír v najskoršom štádiu svojho vývoja. Mala len 420 miliónov rokov, čo sú 3 percentá jej súčasného veku.

Malá galaxia je široká len 600 svetelných rokov, no ako viete, Mliečna dráha je oveľa väčšia – 150 tisíc svetelných rokov na šírku. Astronómovia veria, že MACS0647-JD sa nakoniec zlúčil s inými malými galaxiami a vytvoril väčšiu.

Kozmické splynutie galaxií

„Tento objekt je možno jedným z mnohých stavebných kameňov nejakej väčšej galaxie, hovoria výskumníci. - Počas nasledujúcich 13 miliárd rokov by mohla prejsť desiatkami, stovkami alebo dokonca tisíckami splynutí s inými galaxiami alebo ich fragmentmi.“

Astronómovia pokračujú v pozorovaní ešte vzdialenejších objektov, pretože ich pozorovacie techniky a prístroje sa zlepšujú. Predchádzajúcim objektom, ktorý držal titul najvzdialenejšia pozorovateľná galaxia, bola galaxia SXDF-NB1006-2, ktorá sa nachádza vo vzdialenosti 12,91 miliardy svetelných rokov od Zeme. Tento objekt bol videný ďalekohľadom Subaru a "Kek" na Havaji.

Astronómovia našli najvzdialenejší známy objekt vo vesmíre. Vek galaxie UDFy-38135539 je 13,1 miliardy rokov – to znamená, že vznikla len 600 miliónov rokov po Veľkom tresku. Vedci opísali galaxiu, ktorú objavili v článku v časopise Príroda. Stručne o práci píše New Scientist.

Prvú snímku galaxie urobil Hubblov teleskop v septembri 2009. Žiarenie veľmi bledého objektu bolo silne posunuté do červenej oblasti spektra – takýto posun je typický pre staroveké objekty. Čím väčší je posun, tým starší je objekt – a teda aj väčšia vzdialenosť, ktorú svetlo prešlo od objektu k pozorovateľovi. Možné je však aj alternatívne vysvetlenie – žiarenie s podobnými spektrálnymi charakteristikami môžu vyžarovať objekty ako hnedí trpaslíci nachádzajúce sa v blízkosti slnečnej sústavy.

Aby sa rozhodli medzi týmito dvoma možnosťami, astronómovia vykonávali nepretržité 16-hodinové pozorovania objektu, ktorý našli, pomocou 8,2-metrového ďalekohľadu Európskeho južného observatória (ESO) v Čile. Analýza zozbieraných údajov o spektre objektu umožnila vedcom zistiť, že ide o galaxiu, ktorá je od Zeme vzdialená 13,1 miliardy svetelných rokov (toľko rokov trvalo, kým svetlo dosiahlo optiku ďalekohľadu). Predpokladá sa, že vesmír je starý asi 13,7 miliardy rokov.

Podľa najbežnejšie prijímaných hypotéz o vývoji vesmíru sa niekoľko stotisíc rokov po Veľkom tresku začali protóny a elektróny navzájom spájať a vytvárať vodík. Po ďalších 150 miliónoch rokov sa začali formovať prvé galaxie a priestor medzi nimi bol vyplnený vodíkom, ktorý pohlcoval svetlo hviezd. Postupne sa však vplyvom žiarenia z hviezd vodík štiepil na protóny a elektróny (tento proces sa nazýva reionizácia) a vesmír sa postupne stáva transparentným. Predpokladalo sa, že medzigalaktický priestor sa viac-menej vyčistil asi 800 miliónov rokov po Veľkom tresku.

Skutočnosť, že astronómovia mohli vidieť galaxiu UDFy-38135539, znamená, že reionizácia už bola v plnom prúde, keď mal vesmír iba 600 miliónov rokov (inak by nebolo možné pozorovať UDFy-38135539). Výpočty autorov štúdie ukazujú, že samotné žiarenie tejto galaxie nestačilo na vyčistenie okolitého priestoru, a tak astronómovia naznačujú, že susedné hviezdokopy „pomohli“ UDFy-38135539.

Zatiaľ najvzdialenejším objektom nájdeným vo vesmíre je záblesk gama žiarenia GRB 090423, ku ktorému došlo asi pred 13,1 miliardami rokov (podľa aktualizovaných odhadov asi pred 13 miliardami rokov).

Pomocou údajov z Hubbleovho vesmírneho teleskopu astronómovia objavili najvzdialenejší objekt v našom vesmíre, galaxiu, ktorá sa nachádza 13,2 miliardy svetelných rokov od Zeme.

"Vrátili sme sa späť v čase, dostali sme sa veľmi blízko k prvým galaxiám, o ktorých sa domnievame, že vznikli približne 200 až 300 miliónov rokov po Veľkom tresku," citovala agentúra RIA Novosti jedného z autorov práce Gartha Illingwortha. Ukázalo sa, že unikátnym objektom je UDFj-39546284 - rekordná vzdialená galaxia, ktorá sa vyznačovala relatívne nízkou rýchlosťou tvorby hviezd. Porovnanie údajov o nej s informáciami o iných relatívne bližších a „starších“ galaxiách ukázalo, že rýchlosť tvorby hviezd v galaxiách sa len za 170 miliónov rokov desaťnásobne zvýšila.

„To je úžasný rast za obdobie, ktoré predstavuje iba 1 % súčasného veku vesmíru,“ hovorí Illingworth. Podľa vedcov sú tieto údaje v súlade s hierarchickým obrazom formovania galaxií, podľa ktorého galaxie rastú a splývajú pod vplyvom gravitácie temnej hmoty. Galaxia, ktorú našli vedci, je oveľa menšia a ľahšia ako moderné špirálové galaxie. Naša galaxia je teda asi 100-krát hmotnejšia.

Hľadanie čoraz vzdialenejších vesmírnych objektov pomáha astronómom nahliadnuť do vzdialenej minulosti vesmíru. Pretože rýchlosť svetla je konečná, vidíme vzdialené galaxie tak, ako boli v dávnej minulosti. Astronómovia pozorujú galaxiu UDFj-39546284 takú, aká bola, keď mal vesmír iba 480 miliónov rokov.

Hlavným ukazovateľom vzdialenosti vzdialených galaxií je červený posun – posun čiar v spektre v dôsledku Dopplerovho javu. Čím väčší je červený posun, tým je vesmírny objekt ďalej, pretože so vzdialenosťou sa podľa Hubbleovho zákona úniková rýchlosť galaxií zvyšuje. Podľa autorov objavu najvzdialenejšej galaxie môže byť jej červený posun 10,3. Tieto údaje však nie sú konečné, keďže v súčasnej fáze rozvoja astronómie je presné meranie červeného posunu mimoriadne náročná úloha. „Kým sa červený posun nezmeria pomocou spektroskopických metód, zostáva len kandidátom, aj keď dobrým kandidátom,“ komentoval objav astrofyzik Sergej Popov zo Šternberského astronomického inštitútu.

Ak sa indikátory červeného posunu otvorenej galaxie skutočne ukážu byť v oblasti 9 - 10, potom bude objekt uznaný ako najstarší vo vesmíre. Medzitým tento titul držala galaxia UDFy-38135539, ktorá sa nachádza 13 miliárd svetelných rokov od Zeme. Objavili ho v októbri 2010 astronómovia z Európskeho južného observatória (ESO). Ukázalo sa, že červený posun tejto galaxie je 8,5549 a vidíme to tak, ako to bolo asi pred 600 miliónmi rokov.

Popis obrázku Táto hviezda zomrela len 520 miliónov rokov po veľkom tresku

Obrovská explózia supernovy na samom okraji pozorovateľného vesmíru bola zrejme najvzdialenejšou udalosťou, ktorú teleskop zaznamenal.

Astronómovia sa domnievajú, že smrť tejto hviezdy, ktorú odfotografovalo americké orbitálne observatórium SWIFT, nastala len 520 miliónov rokov po Veľkom tresku, v ktorom sa zrodil náš vesmír.

To znamená, že svetlo z umierajúcej hviezdy putovalo na Zem 13,14 miliardy rokov.

Výsledky tejto štúdie sú publikované vo vedeckom časopise Astrophysical Journal.

Objavený jav dostal označenie GRB 090429B. Písmená GRB sú skratkou pre slová gama-ray burst – záblesk gama žiarenia – ako astronómovia takéto objekty označujú.

Röntgenový lúč vesmíru

Tieto výbuchy gama lúčov zvyčajne sprevádzajú extrémne prudké hviezdne procesy, ako napríklad koniec života obrovských hviezd.

"Pravdepodobne to bola obrovská hviezda s hmotnosťou 30-krát väčšou ako naše Slnko," povedal vedúci výskumného tímu Dr Antonino Cucchiara z Kalifornskej univerzity v Berkeley.

Popis obrázku Satelit Swift je spoločným projektom NASA a ESA

„Nemáme síce dostatok údajov, aby sme túto hviezdu pripísali takzvaným hviezdam Populácie III, teda úplne prvej generácii hviezd, ktoré sa objavili v našom vesmíre,“ verí vedec, „ale určite pozorujeme jednu z nich. najskoršie štádiá vzniku hviezd.“ .

Tieto vzplanutia nastanú vo veľmi krátkom čase, no ich dosvit niekedy trvá aj niekoľko dní, čo umožňuje pozorovať vývoj procesu inými ďalekohľadmi a určiť vzdialenosť k záblesku gama.

Satelit Swift, ktorý bol vypustený v roku 2004, má schopnosť rýchlo, za menej ako minútu, optickú a röntgenovú identifikáciu zhlukov. Medzi jeho objavy patria silné, niekedy viacnásobné röntgenové záblesky v dosvitoch, ako aj detekcia dosvitov ešte pred koncom skutočného gama žiarenia.

Závod o starovek

Astronómovia teraz súťažia v tom, kto opraví najvzdialenejší, a teda najstarší objekt vo vesmíre.

Slávny Hubbleov vesmírny teleskop má oveľa výkonnejšie prístroje na pozorovanie takýchto vzdialených objektov, ktoré v roku 2009 priniesli na palubu americkí astronauti.

Ako vzniká gama záblesk (GB)?

Vedci z NASA, ktorí študujú snímky nasnímané Hubblovým teleskopom, už pozorovali galaxie, ktoré sú od nás približne rovnako vzdialené ako objekt gama žiarenia GRB 090429B.

Astronómovia sa zaujímajú o tieto extrémne vzdialené hviezdy a hviezdokopy, pretože rozširujú naše chápanie toho, ako sa vesmír vyvíjal.

Osobitnú pozornosť priťahujú hviezdy prvej generácie. Tieto jasne modré premenné pochádzajú z molekulárnych oblakov, ktoré sa vytvorili skoro po Veľkom tresku.

Tieto obrovské pulzujúce hviezdy mali veľmi krátky a turbulentný vývojový cyklus - len niekoľko miliónov rokov, počas ktorých sa počas ich smrti objavili ťažké prvky.

Ich drsné ultrafialové žiarenie viedlo k reionizácii okolitých hmlovín, ktoré pozostávali hlavne z vodíka, čím sa oddelili elektróny z atómov, čo následne vytvorilo extrémne riedku intergalaktickú plazmu, ktorá obklopuje súčasnú generáciu hviezd v našej Galaxii.

Je nepravdepodobné, že by GRB 090429B bola jednou z úplne prvých hviezd vo vesmíre, hovorí Dr. Kukkiara. Je pravdepodobné, že ešte predtým existovalo niekoľko generácií hviezd, o ktorých dodnes nič nevieme.

Britskí a talianski inžinieri sa podieľali na vytvorení orbitálneho teleskopu Swift. Na palube je britská röntgenová kamera, ktorá zachytáva gama záblesky, ako aj súčasti ultrafialového optického teleskopu.