Astronomům se poprvé podařilo pozorovat temné galaxie – počáteční vývojové stadium galaxií, které sice předpovídá teorie, ale dosud nebylo zaznamenáno. Jedná se o galaxie obsahující jen velmi málo hvězd a bohaté na plyn.

Mezinárodní tým vědců provedl pozorování pomocí dalekohledu ESO/VLT, na základě kterých se domnívá, že se jim tyto mysteriózní objekty podařilo zachytit. Spatřit je můžeme díky tomu, že jsou osvětlovány kvasarem..

Temné galaxie jsou malé na plyn bohaté galaxie raného vesmíru, ve kterých probíhá tvorba hvězd jen velmi zvolna. Existenci těchto objektů předpovídá teorie vzniku a vývoje galaxií. Předpokládá se, že tyto objekty jsou základními stavebními kameny dnešních velkých galaxií plných hvězd.

Astronomové předpokládají, že jsou zdrojem plynu, který se následně ve velkých galaxiích zformoval do podoby dnešních hvězd.

Jelikož tyto galaxie neobsahují prakticky žádné hvězdy, vydávají samy jen velmi málo světla a je tedy obtížné je pozorovat. Astronomové se snaží celá léta najít způsob, jak existenci těchto objektů potvrdit.

Na stopu těchto galaxií astronomy přivedly poklesy jasnosti ve spektrech vzdálenějších objektů. Podle této nové studie se však podařilo temné galaxie poprvé pozorovat přímo.

„Náš přístup k problému pozorování temných galaxií je založen na jednouché představě, že si na ně posvítíme,“ vysvětluje spoluautor článku Simon Lilly (ETH Zurich, Švýcarsko). „Hledali jsme stopy fluorescence plynu v temných galaxiích, které jsou osvětlovány ultrafialovým zářením nedalekého velmi jasného kvasaru.

Záření kvasaru nutí temné galaxie svítit podobně jako bílé oblečení zasvítí pod ultrafialovou lampou.“ [1].

Tým využil velkou sběrnou plochu a vysokou citlivost přístrojů dalekohledu ESO/VLT, aby pomocí velmi dlouhých expozic detekoval extrémně slabou fluorescenci temných galaxií. Ke zmapování oblasti okolo jasného kvasaru HE 0109-3518 [2] použili přístroj FORS2. Hledali stopy ultrafialového záření emitovaného vodíkem, který je vystaven intenzivnímu ozáření.

Vzhledem k rozpínání vesmíru je však toto záření v důsledku rudého posuvu pozorováno jako slabé fialové světlo [3].

„Po léta trvajících pokusech o detekci emise temných galaxií naše výsledky jasně demonstrují vhodnost této metody k hledání a výzkumu těchto fascinujících a dříve nepozorovatelných objektů,“ říká Sebastiano Cantalupo (University of California, Santa Cruz), vedoucí autor článku.

Týmu se podařilo nalézt téměř stovku plynných objektů, které se nacházejí ve vzdálenosti několika milionů světelných let od sledovaného kvasaru. Po pečlivé analýze, při které bylo možné odlišit objekty, ve kterých k emisi na sledované vlnové délce dochází díky zrodu hvězd v galaxiích namísto ozařování kvasarem, se konečně podařilo zúžit výběr na 12 kandidátů.

Těchto 12 objektů představuje dosud nejpřesvědčivější detekci temných galaxií raného vesmíru.

Na základě těchto pozorování byli astronomové schopni také určit některé vlastnosti sledovaných temných galaxií. Obsahují hmotu ekvivalentní asi 1 miliardě Sluncí, což je typická hmotnost mladé na plyn bohaté galaxie v raném vesmíru.

Vědci rovněž odhadují, že rychlost tvorby hvězd v těchto temných galaxiích je asi stokrát nižší, než bylo běžné u galaxií s probíhající hvězdotvorbou ve srovnatelném období vývoje vesmíru [4].

„Naše pozorování pomocí dalekohledu VLT poskytují důkazy o existenci kompaktních a izolovaných temných oblaků. Touto prací jsme udělali významný krok směrem k odhalení a pochopení temných počátečních fází vzniku galaxií a způsobu, jakým získávaly plyn,“ uzavírá Sebastiano Cantalupo.

Zařízení MUSE integral field spectrograph (spekrograf pro celé pole), které bude zprovozněno na VLT v roce 2013, se stane extrémně účinným nástrojem pro studium těchto objektů.

– TZ ESO  (Evropská jižní observatoř) ČR –

Poznámky

[1] Fluorescence je emise světla látkou po ozáření jiným světelným zdrojem. Ve většině případů má vydávané světlo větší vlnou délku, než záření zdroje. Například zářivka transformuje neviditelné ultrafialové záření na běžně viditelné světlo.

K fluorescenci dochází v některých látkách, například minerálech, přirozeně. Fluorescenční chemické sloučeniny jsou přidávány do prášků na praní, aby bílé oblečení vypadalo bělejší i za normálního osvětlení.

[2] Kvasary jsou velmi jasné vzdálené galaxie, o kterých se předpokládá, že jim energii dodává supermasivní černá díra v jejich středu. Jejich intenzivní vyzařování z nich dělá majáky, které osvětlují okolní prostor a umožňují tak pozorovat vesmír v době, kdy se z primordiálního plynu teprve rodily první hvězdy a galaxie.

[3] Tato emise bývá označována jako Lyman-alfa. Vzniká při přechodu elektronů v atomu vodíku z druhé na první (nejnižší) energetickou hladinu. Jedná se o ultrafialové záření. Díky rozpínání vesmíru se však vlnová délka světla při průchodu prostorem zvětšuje.

Čím větší vzdálenost záření urazí, tím více se původní vlnová délka prodlouží. Jelikož červená barva představuje nejdelší vlnové délky, které můžeme spatřit pouhým okem, bývá tento jev označován jako rudý posuv.

Kvasar HE 0109-3518 má rudý posuv z=2,4 a ultrafialové světlo je v tomto případě posunuto až do viditelné oblasti. Ke sledování této konkrétní vlnové délky (té, na kterou je posunuto záření Lyman-alfa) byl připraven speciální úzkopásmový filtr.

Maximální propustnost filtru leží na vlnové délce 414,5 nm (pro oko odstín fialové), aby bylo možné zachytit emisi Lyman-alfa posunutou rudým posuvem z=2,4. Pološířka propustnosti jsou pouhé 4 nm.

[4] Účinnost hvězdotvorby se vyjadřuje jako poměr hmotnosti nově vzniklých hvězd a hmotnosti plynu, který je k dispozici. Podle provedených měření by tyto objekty potřebovaly asi 100 miliard let, aby veškerý plyn přeměnily na hvězdy.

Výsledek je v souladu se současnými teoretickými studiemi, které naznačují, že na plyn bohatá galaktická halo s vysokým rudým posuvem mohou mít velmi nízkou efektivitu hvězdotvorby, což je následek nízkého obsahu prvků těžších než hélium.