ALMA obserwuje tlen w galaktyce z początków Wszechświata

Astronomowie korzystający z radioteleskopów Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) wykryli wyraźną emisję tlenu w galaktyce SXDF-NB1006-2, która znajduje się w odległości 13,1 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Jest to najbardziej odległy tlen, jaki do tej pory wykryto. Tlen w tej galaktyce wydaje się być jonizowany przez wiele młodych, olbrzymich gwiazd. Jego obserwacje są pomocne w zrozumieniu dość niejasnej epoki wczesnego Wszechświata, tzw. „ery rejonizacji”.

SXDF-NB1006-2 ma przesunięcie ku czerwieni równe 7,2 co oznacza, że widzimy ją zaledwie 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Astronomowie chcą dowiedzieć się więcej o ciężkich pierwiastkach występujących w galaktyce, które mogą im powiedzieć coś o poziomie aktywności formowania się gwiazd, czyli o wspomnianej kosmicznej rejonizacji. W astronomii ciężkimi pierwiastkami nazywa się te wszystkie, które są cięższe od wodoru, helu i litu.

Wokół nas we Wszechświecie znajdują się różne pierwiastki. Jednakże tuż po Wielkim Wybuchu, 13,8 mld lat temu, istniały tylko te najlżejsze, czyli wodór, hel i lit. Cięższe pierwiastki, takie jak węgiel i tlen powstały w gwiazdach i gromadziły się we Wszechświecie wraz z upływem czasu.

Zanim powstały pierwsze ciała niebieskie, kosmos wypełniony był elektrycznie obojętnym gazem. Obiekty te emitowały silne promieniowanie a zaczęły jonizować obojętny gaz dopiero kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu. To jest właśnie kosmiczna rejonizacja. Stan całego Wszechświata zmienił się dramatycznie w tym okresie. Jednak proces ten jest objęty głęboką ciemnością. To, jaki rodzaj obiektów spowodował erę rejonizacji było przedmiotem dyskusji.

Astronomowie spodziewają się, że emisja ze zjonizowanego tlenu jest na tyle silna, że mogą ją zaobserwować nawet z odległości 13 miliardów lat świetlnych, ponieważ japoński satelita podczerwony AKARI wykrył bardzo jasną emisję w Wielkim Obłoku Magellana, który ma środowisko podobne do wczesnego Wszechświata.

Wykrycie emisji ze zjonizowanego tlenu w bardzo odległych galaktykach było nowym wyzwaniem dla ALMA. Naukowcy przeprowadzili symulacje komputerowe aby sprawdzić, czy jest możliwe wykrycie przez sieć ALMA zjonizowanego tlenu. Ponieważ wyniki były pozytywne, zdecydowano się na użycie tych radioteleskopów. Jest to najodleglejszy wykryty tlen i zarazem mocny dowód na istnienie tlenu w bardzo wczesnym Wszechświecie, zaledwie 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Zespół szacuje, że obfitość tlenu w SXDF-NB1006-2 jest dziesięć razy mniejsza niż w Słońcu. Nie jest to zaskoczeniem dla astronomów, gdyż cięższe pierwiastki powstają w gwiazdach a obserwowalna galaktyka jest w na tyle wczesnym etapie życia, że niewielka liczba gwiazd miała możliwość rozprzestrzenić w niej tlen i inne pierwiastki.

Obserwacje wykazują, że ilość ciężkich pierwiastków stanowi około 10% tego, co możemy znaleźć w obecnym Wszechświecie, ale ilość pyłu powstała z cięższych pierwiastków wydaje się być znacznie mniejsza, niż powinna. Astronomowie nie wykryli jednak żadnej emisji węgla w tej galaktyce. Może to sugerować, że prawie cały gaz w jej wnętrzu jest zjonizowany.

Emisja od zjonizowanego tlenu wskazuje na dużą liczbę olbrzymich gwiazd, kilkadziesiąt razy cięższych od Słońca, które powstały w galaktyce i emitują silne promieniowanie ultrafioletowe. Braki pyłu i węgla w galaktyce są niezwykle ważne dla kosmicznej ery rejonizacji. Umożliwiają silne promieniowanie jonizujące pozwalające mu wydostać się poza galaktykę i jonizowanie gazu w jej otoczeniu. SXDF-NB1006-2 byłaby prototypowym źródłem emisji odpowiedzialnym za kosmiczną erę jonizacji. Nowe obserwacje ALMA już się rozpoczęły.

Źródło:
ALMA

Urania - Postępy Astronomii