Μελετώντας τον πιο απομακρυσμένο γαλαξία του σύμπαντος. The farthest galaxy in the universe

GN-z11: ένας γαλαξίας πολύ πολύ μακριά. Λόγω της διαστολής του σύμπαντος, παρότι ο γαλαξίας αυτός απέχει από τη Γη απόσταση 13,4 δισεκατομμύρια έτη φωτός, το φως από αυτόν έχει διανύσει 32 δισεκατομμύρια έτη φωτός μέχρι να φτάσει σε μας. A team of astronomers used the Keck I telescope to measure the distance to an ancient galaxy. They deduced the target galaxy GN-z11 is not only the oldest galaxy but also the most distant. It's so distant it defines the very boundary of the observable universe itself. The team hopes this study can shed light on a period of cosmological history when the universe was only a few hundred million years old. Far far away. Due to the expansion of the universe, even though the galaxy GN-z11 is 13.4 billion years old, the light from it has travelled 32 billion light years to reach us. Image: Pixabay CC-0

Μια ομάδα αστρονόμων χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο Keck I μελέτησε τον γαλαξία GN-z11, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι όντως είναι ο αρχαιότερος γαλαξίας στο σύμπαν και ο πιο απομακρυσμένος από τη Γη. Βρίσκεται τόσο μακριά που σχεδόν καθορίζει τα όρια του παρατηρήσιμου σύμπαντος. Αυτή η μελέτη μπορεί να ρίξει φως στην χρονική περίοδο που το σύμπαν είχε ηλικία μόνο μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια.

Μερικοί άνθρωποι όταν την νύχτα στρέφουν το βλέμμα τους στον έναστρο ουρανό, καθώς θαυμάζουν το πλήθος των άστρων στην απεραντοσύνη του σύμπαντος, καταλαμβάνονται είτε από ποιητικό είτε από υπαρξιακό οίστρο, ανακαλώντας θεμελιώδεις ερωτήσεις όπως: «πόσο μεγάλο είναι το σύμπαν;» ή «πώς και πότε άρχισαν να σχηματίζονται οι γαλαξίες;» κ.ο.κ.

Οι αστρονόμοι παίρνουν αυτές τις ερωτήσεις πολύ σοβαρά και χρησιμοποιούν όλα τα επιστημονικά εργαλεία που διαθέτουν για να τις απαντήσουν. Ο καθηγητής Nobunari Kashikawa από το Τμήμα Αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο του Τόκιο καθοδηγείται από την περιέργειά του για τους γαλαξίες. Συγκεκριμένα, αναζήτησε τον πιο μακρινό που μπορούμε να παρατηρήσουμε σκοπεύοντας να κατανοήσει πώς και πότε σχηματίστηκε.

«Από προηγούμενες μελέτες, ο γαλαξίας GN-z11 φαίνεται να είναι ο πιο απομακρυσμένος γαλαξίας από τη Γη που έχουμε ανιχνεύσει μέχρι σήμερα, σε απόσταση 13,4 δισεκατομμύρια έτη φωτός από την Γη», δήλωσε ο Kashikawa. «Αλλά η μέτρηση και η επαλήθευση μιας τέτοιας απόστασης δεν είναι εύκολη υπόθεση».

Ο Kashikawa και η ομάδα του μέτρησαν αυτό που είναι γνωστό ως «μετατόπιση στο ερυθρό» του γαλαξία GN-z11. Αυτό αναφέρεται στο γεγονός ότι στο φως των πιο απομακρυσμένων άστρων και γαλαξιών, οι γραμμές εκπομπής και απορρόφησης που οφείλονται σε συγκεκριμένα στοιχεία, είναι όλο και περισσότερο μετατοπισμένες προς το ερυθρό – προς τις χαμηλότερες συχνότητες, εξαιτίας του φαινομένου Ντόπλερ. Σύμφωνα με το φαινόμενο αυτό το μήκος κύματος (και η συχνότητα) ενός κύματος μεταβάλλεται ανάλογα με τη σχετική ταχύτητα μεταξύ πηγής και παρατηρητή. (Ο ήχος της σειρήνας ενός περιπολικού που ακούμε όταν αυτό μας πλησιάζει, είναι διαφορετικός από τον ήχο που ακούμε όταν αυτό μας προσπεράσει.) Οι μετατοπισμένες γραμμές απορρόφησης που παρατηρούνται στο φως απομακρυσμένων γαλαξιών, οφείλονται στο γεγονός ότι οι πηγές αυτού του φωτός – οι γαλαξίες – απομακρύνονται από μας. Μετρώντας πόσο μετατοπισμένες είναι αυτές οι γραμμές, οι αστρονόμοι μπορούν να υπολογίσουν την απόσταση των γαλαξιών από τη Γη.

(Πάνω) Το βέλος δείχνει τον γαλαξία GN-z11. (Κάτω) Φασματικές γραμμές από τον γαλαξία. Galaxy GN-z11. (Upper) The arrow points to the most distant galaxy in the universe. (Lower) Carbon emission lines observed in infrared. When it left the galaxy, the signal was ultraviolet light in the region of 0.2 micrometer, but it was redshifted and stretched to over 10 times that to about 2.28 micrometers. © Kashikawa et al.

«Εξετάσαμε ειδικά το υπεριώδες φως, καθώς αυτή είναι η περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που περιμέναμε να βρούμε τις μετατοπισμένες γραμμές απορρόφησης», δήλωσε ο Kashikawa. «Το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble εντόπισε την υπογραφή πολλές φορές στο φάσμα του GN-z11. Ωστόσο, ακόμη και το Hubble δεν μπορεί να διαχωρίσει τις γραμμές του υπεριώδους στον βαθμό που χρειαζόμασταν. Καταφύγαμε λοιπόν σε έναν πιο κατάλληλο επίγειο φασματογράφο, ένα όργανο ανάλυσης φωτός, τον επονομαζόμενο MOSFIRE, που είναι τοποθετημένος στο τηλεσκόπιο Keck I στη Χαβάη.»

Ο φασματογράφος MOSFIRE κατέγραψε λεπτομερώς το φάσμα του γαλαξία GN-z11, κάτι που επέτρεψε στην ομάδα να κάνει πολύ καλύτερη εκτίμηση της απόστασης από ό,τι ήταν δυνατό με τα παλαιότερα δεδομένα. Όταν οι αστρονόμοι εργάζονται σε αυτές τις κλίμακες, δεν είναι πρακτικό να χρησιμοποιούν τις γνωστές μας μονάδες μήκους. Χρησιμοποιούν μια τιμή που είναι γνωστή ως αριθμός της ερυθράς μετατόπισης και συμβολίζεται με το z. Ο Kashikawa και η ομάδα του βελτίωσαν την ακρίβεια της τιμής z του γαλαξία κατά έναν παράγοντα 100. Εάν οι επόμενες παρατηρήσεις επιβεβαιώσουν αυτό το αποτέλεσμα, τότε οι αστρονόμοι μπορούν με βεβαιότητα να πουν ότι ο GN-z11 είναι ο πιο μακρινός γαλαξίας που έχει εντοπιστεί ποτέ στο σύμπαν.

Πηγές: Linhua Jiang, Nobunari Kashikawa, Shu Wang, Gregory Walth, Luis C. Ho, Zheng Cai, Eiichi Egami, Xiaohui Fan, Kei Ito, Yongming Liang, Daniel Schaerer, Daniel P. Stark. Evidence for GN-z11 as a luminous galaxy at redshift 10.957. Nature Astronomy, 2020; DOI: 10.1038/s41550-020-01275-y - https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/en/press/z0508_00153.html - https://physicsgg.me/2020/12/16/