Soczewka grawitacyjna pozwala obserwować najstarszą galaktykę

Wszechświat ma około 14mld lat, nie zawsze jednak wyglądał tak jak dzisiaj. Wiemy dzisiaj, że od Wielkiego Wybuchu, do momentu kiedy zaczęły powstawać pierwsze gwiazdy – a także ich skupiska, czyli galaktyki – upłynęło kilkaset milionów lat. Dokładne poznanie tego czasu, dałoby odpowiedź na kilka istotnych pytań o to, co działo się gdy wszechświat był jeszcze bardzo młody.

Astronomia jest nauką wyjątkową pod tym względem, że opiera się niemalże dosłownie na podróżach w czasie. Ponieważ prędkość światła jest skończona, to obserwując dowolny obiekt nie widzimy go takim jakim jest obecnie, ale takim jakim był, gdy opuszczało go fotony rejestrowane przez nasze oczy (lub przez detektory naszych teleskopów). Im dalej od nas znajduje się obserwowany obiekt, tym dalej w przeszłość spoglądamy.

Chcąc dowiedzieć się o najwcześniejszych etapach rozwoju wszechświata, astronomowie poszukują więc obiektów jak najbardziej oddalonych od nas. Napotykają przy tym jednak na oczywistą trudność, polegająca na tym, że im dalej znajduje się obserwowana galaktyka, tym słabsze jest docierające do nas światło. Czasami jednak, dzięki wyjątkowemu zbiegowi okoliczności, udaje się zajrzeć naprawdę daleko w przeszłość…

Zbiegiem okoliczności o którym mowa, jest sytuacja, gdy między nami, a odległą galaktyką znajduje się grupa innych galaktyk. Ich grawitacja odkształca czasoprzestrzeń, zakrzywiając tor promieni świetlnych. W rezultacie powstać może obszar, który działa niczym kosmicznych rozmiarów soczewka. Skupia on światło z odległych obszarów wszechświata akurat w taki sposób, że pozwala nam dostrzeżenie najdalszych (a zatem najstarszych galaktyk).

Kliknij aby zobaczyć dokładniejszy opis tego zjawiska.

Taką właśnie sytuację wypatrzył pod koniec 2010r Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Na tle gromady galaktyk nazwanej Abell 383 zespół pod kierownictwem Johna Richarda zarejestrował obraz bardzo odległego obiektu.

O tym jak odległa jest obserwowana galaktyka informuje nas parametr zwany przesunięciem ku czerwieni (w rzeczywistości mówi nam o tym jak szybko galaktyka się od nas oddala, ale skądinąd wiemy, że dalsze galaktyki oddalają się od nas szybciej niż bliższe). Z obserwacji wynikało, że zaobserwowany przez grawitacyjną soczewkę obiekt jest bardzo daleko, aczkolwiek nie aż tak jak inne wcześniej zaobserwowane galaktyki. Ocenia się, że światło, które w tym momencie dociera z niej do Ziemi, opuściło ją gdy wszechświat miał 950 mln lat. Dla porównania, znamy galaktyki, które pozwolają nam oglądać wszechświat takim jakim był w zaledwie 400 mln lat po Wielkim Wybuchu.

W nowo zaobserwowanej galaktyce ciekawe było jednak co innego. Badając widmo gwiezdnego światła, astronomowie są w stanie określić wiek emitujących je gwiazd. Wszystkie obserwowane do tej pory tak odległe skupiska gwiazd zawierały głównie bardzo młode gwiazdy. Na tej podstawie właśnie oceniono, że pierwsze gwiazdy powstały gdy wszechświat miał około 400mln lat.

Tymczasem zaobserwowana przez zespół J. Richarda galaktyka zawiera gwiazdy mające nawet po 750 mln lat. To by oznaczało, że powstały one zaledwie w 200mln lat po Wielkim Wybuchu.

Odkrycie to jest o tyle istotne, że pozwala rozwiązać pewien problem, z którym borykali się do tej pory naukowcy.

Zgodnie z obowiązującymi modelami, wczesny wszechświat wypełniony był nieprzejrzystym dla promieniowania ultrafioletowego wodorem. Ponieważ jednak obserwujemy takie promieniowanie pochodzące z okresu ok. kilkuset lat po Wielkim Wybuchu, oznacza to że coś musiało ten gaz zjonizować, aby stał się dla niego przezroczysty. Do tej pory uważano, że nie mogły za to odpowiadać gwiazdy, ponieważ było ich w tym czasie zbyt mało. Odkrycie galaktyki, której gwiazdy powstały o 200mln lat wcześniej niż najstarsze dotychczas znane gwiazdy, pozwala przypuszczać, że było dokładnie odwrotnie.