Kui kujutame ette kaugeid tähti, mõtleme tavaliselt kümnete, sadade või tuhandete valgusaastate pikkusele kaugusele. Kõik need valgustid kuuluvad meie galaktikasse – Linnuteele. Kaasaegsed teleskoobid on võimelised eraldama lähedalasuvate galaktikate tähti – kaugus nendeni võib ulatuda kümnete miljonite valgusaastateni. Kuid kui kaugele ulatuvad vaatlustehnoloogia võimalused, eriti kui loodus aitab? Hiljutine hämmastav avastus Universumi seni teadaolevast kõige kaugemast tähest Ikarusest näitab võimalust jälgida ülikaugeid kosmilisi nähtusi.
Looduse abi
On nähtus, mille tõttu astronoomid saavad jälgida universumi kõige kaugemaid objekte. Seda nimetatakse üldise relatiivsusteooria üheks tagajärjeks ja seda seostatakse valguskiire kõrvalekaldumisega gravitatsiooniväljas.
Läätseefekt seisneb selles, et kui mõni massiivne objekt asub vaatleja ja valgusallika vahel vaateväljal, siis oma gravitatsiooniväljas paindudes loovad need allikast moonutatud või mitmekordse kujutise. Rangelt võttes kalduvad kiired mis tahes keha gravitatsiooniväljas kõrvale, kuid kõige märgatavama efekti tekitavad loomulikult universumi kõige massiivsemad moodustised – galaktikate parved.
Juhtudel, kui väike kosmiline keha, näiteks üksik täht, toimib objektiivina, on allika visuaalset moonutust peaaegu võimatu tuvastada, kuid selle heledus võib oluliselt suureneda. Seda sündmust nimetatakse mikroläätsemiseks. Maast kõige kaugema tähe avastamise ajaloos mängisid mõlemat tüüpi gravitatsiooniläätsed oma rolli.
Kuidas avastus juhtus?
Ikaruse avastamist hõlbustas õnnelik õnnetus. Astronoomid jälgisid üht kauget MACS J1149.5+2223, mis asus umbes viie miljardi valgusaasta kaugusel. See on huvitav gravitatsiooniläätsena, tänu mille erilisele konfiguratsioonile on valguskiired erineval viisil painutatud ja kokkuvõttes läbivad vaatlejani erinevaid vahemaid. Selle tulemusena peavad valgusallika objektiivi kujutise üksikud elemendid maha jääma.
2015. aastal ootasid astronoomid selle efekti raames ennustatud supernoova Refsdali taasplahvatust väga kauges galaktikas, mille valgusel kulub Maale jõudmiseks 9,34 miljardit aastat. Oodatud sündmus juhtus tegelikult. Kuid Hubble'i teleskoobiga 2016-2017 tehtud piltidelt avastati lisaks supernoovale veel midagi, mis polnud vähem huvitav, nimelt kujutis samasse kaugesse galaktikasse kuuluvast tähest. Heleduse olemuse põhjal tehti kindlaks, et tegemist pole supernoova, mitte gammakiirguse purskega, vaid tavalise tähega.
Üksiku tähe nägemine nii suurel kaugusel sai võimalikuks tänu galaktikas endas toimunud mikroläätsemise sündmusele. Tähe eest möödus juhuslikult objekt, tõenäoliselt teine täht, mille mass oli Päikese suurusjärgus. Ta ise jäi muidugi nähtamatuks, kuid tema gravitatsiooniväli suurendas valgusallika sära. Koos MACS J1149.5+2223 parve läätseefektiga suurendas see nähtus kõige kaugemal nähtava tähe heledust 2000 korda!
Täht nimega Icarus
Äsja avastatud tähele anti ametlik nimi MACS J1149.5+2223 LS1 (Lensed Star 1) ja oma nimi – Icarus. Senine rekordiomanik, kes kandis vaadeldud kõige kaugema tähe uhket tiitlit, asub sada korda lähemal.
Icarus on äärmiselt särav ja kuum. See on B spektriklassi sinine superhiiglane. Astronoomid suutsid kindlaks teha tähe peamised omadused, näiteks:
- mass - vähemalt 33 päikese massi;
- heledus - umbes 850 000 korda suurem kui päike;
- temperatuur - 11 kuni 14 tuhat kelvinit;
- metallilisus (sisu keemilised elemendid raskem kui heelium) - umbes 0,006 päikeseenergiat.
Kõige kaugema tähe saatus
Mikroläätsede sündmus, mis tegi Icaruse nähtavaks, toimus, nagu me juba teame, 9,34 miljardit aastat tagasi. Universumi vanus oli siis vaid umbes 4,4 miljardit aastat. Selle tähe foto on omamoodi väikesemahuline pilt sellest ammusest ajastust.
Aja jooksul, mis kulus rohkem kui 9 miljardi aasta eest kiiratud valguse Maale jõudmiseks, tõukas universumi kosmoloogiline paisumine galaktika, milles elas kõige kaugem täht, 14,4 miljardi valgusaasta kaugusele.
Ikaruse enda sõnul kaasaegsed ideed tähtede evolutsiooni kohta, lakkas olemast juba ammu, sest mida massiivsem täht, seda lühem peaks olema tema eluiga. Võimalik, et osa Ikarose ainest oli uute tähtede ja üsna tõenäoliselt ka nende planeetide ehitusmaterjal.
Kas me näeme teda veel
Hoolimata asjaolust, et juhuslik mikroläätsemise toiming on väga lühiajaline sündmus, on teadlastel võimalus Icarust uuesti näha ja isegi suurema heledusega, kuna suures objektiivide klastris MACS J1149.5+2223 peaksid paljud tähed olema lähedal. Ikaruse-Maa vaatevälja ja selle ületamisel võib kiir olla ükskõik milline neist. Muidugi on võimalus samamoodi näha ka teisi kaugeid tähti.
Või äkki on astronoomidel kunagi õnn salvestada suur plahvatus - supernoova plahvatus, mis lõpetas kõige kaugema tähe elu.
Texase A&M ülikooli ja Austini Texase ülikooli astronoomid on avastanud meile teadaoleva kõige kaugema galaktika. Spektrograafia järgi asub see umbes 30 miljardi valgusaasta kaugusel Päikesesüsteem(või meie Galaktikast, mis antud juhul pole nii märkimisväärne, sest Linnutee läbimõõt on vaid 100 tuhat valgusaastat).
Universumi kõige kaugem objekt sai romantilise nime z8_GND_5296.
"On põnev teada, et oleme esimesed inimesed maailmas, kes seda näevad," ütles nüüdseks veebis avaldatud artikli kaasautor Vithal Tilvi, PhD (tasuta vaatamiseks teaduslikud tööd kasutage sci-hub.org).
Avastatud galaktika z8_GND_5296 tekkis 700 miljonit aastat pärast Suurt Pauku. Tegelikult näeme seda praeguses olekus, sest vastsündinud galaktika valgus jõudis meieni alles nüüd, olles läbinud 13,1 miljardit valgusaastat. Kuid kuna selle protsessi käigus universum laienes, on meie galaktikate vaheline kaugus, nagu arvutused näitavad, praegu 30 miljardit valgusaastat.
Vastsündinud galaktikate puhul on huvitav see, et seal toimub aktiivne uute tähtede moodustumise protsess. Kui meie Linnuteel ilmub aastas üks uus täht, siis z8_GND_5296-s - umbes 300 aastas. Nüüd saame teleskoopide kaudu turvaliselt jälgida, mis juhtus 13,1 miljardit aastat tagasi.
Kaugete galaktikate vanust saab määrata kosmoloogilise punanihke järgi, mille põhjustab muu hulgas Doppleri efekt. Mida kiiremini objekt vaatlejast eemaldub, seda tugevamalt avaldub Doppleri efekt. Galaxy z8_GND_5296 näitas punanihet 7,51. Umbes saja galaktika punanihe on suurem kui 7, mis tähendab, et need tekkisid enne, kui universum oli 770 miljonit aastat vana, ja eelmine rekord oli 7,215. Kuid ainult mõne galaktika kaugust kinnitab spektrograafia, st Lymani alfa spektraaljoon (sellest lähemalt allpool).
Universumi raadius on vähemalt 39 miljardit valgusaastat. See näib olevat vastuolus Universumi vanusega 13,8 miljardit aastat, kuid vastuolu pole, kui võtta arvesse aegruumi koe enda paisumist: sellel füüsikalisel protsessil pole kiiruspiirangut.
Teadlased pole täiesti selged, miks nad ei saa jälgida teisi kuni 1 miljardi aasta vanuseid galaktikaid. Kaugeid galaktikaid vaadeldakse spektrijoone L α (Lyman alfa) selge avaldumisega, mis vastab elektroni üleminekule teiselt energiatasemelt esimesele. Mingil põhjusel näib Lymani alfajoon nooremates galaktikates kui 1 miljard aastat järjest nõrgem. Üks teooria ütleb, et just sel ajal läks universum neutraalse vesinikuga läbipaistmatust olekust ioniseeritud vesinikuga poolläbipaistvasse olekusse. Me lihtsalt ei näe galaktikaid, mis on peidetud neutraalse vesiniku "udus".
Kuidas suutis z8_GND_5296 läbi murda neutraalse vesiniku udu? Teadlased oletavad, et see ioniseeris lähiümbruse, nii et prootonid suutsid läbi murda. Seega on z8_GND_5296 kõige esimene meile teadaolev galaktika, mis kerkis esile neutraalse vesiniku läbipaistmatust segamini, mis täitis universumi esimeste sadade miljonite aastate jooksul pärast Suurt Pauku.
Galaktika serval
Kosmose kõige kaugemad objektid asuvad Maast nii kaugel, et isegi valgusaastad on nende kauguse naeruväärselt väike mõõt. Näiteks meile lähim kosmiline keha, Kuu, asub meist vaid 1,28 valgussekundi kaugusel. Kuidas saab ette kujutada vahemaid, mida valgusimpulss ei suuda sadade tuhandete aastate jooksul läbida? Arvatakse, et nii kolossaalset ruumi on ebaõige mõõta klassikaliste suurustega, teisalt pole meil teisi.
Meie galaktika kõige kaugem täht asub Kaalude tähtkuju suunas ja eemaldatakse Maast kaugusel, mille valgus suudab läbida 400 tuhande aastaga. On selge, et see täht asub piirijoonel, nn galaktilises halo tsoonis. Lõppude lõpuks on kaugus selle täheni ligikaudu 4 korda suurem kui meie galaktika kujuteldavate avaruste läbimõõt. (Linnutee läbimõõt on hinnanguliselt umbes 100 tuhat valgusaastat.)
Väljaspool galaktikat
On üllatav, et kõige kaugemal, üsna särav täht avastati alles meie ajal, kuigi seda täheldati varem. Teadmata põhjustel ei pööranud astronoomid sellele tähelepanu erilist tähelepanu nõrgalt helendavale kohale tähistaevas ja nähtav fotoplaadil. Mis juhtub? Inimesed näevad tähte veerand sajandit ja... ei pane seda tähele. Hiljuti avastasid Lowelli observatooriumi Ameerika astronoomid meie galaktika äärealadelt veel ühe kõige kaugema tähe.
Seda juba vanadusest tuhmunud tähte saab otsida taevast Neitsi tähtkuju asukohas, umbes 160 tuhande valgusaasta kaugusel. Sellised avastused Linnutee pimedates (sõna otseses mõttes ja piltlikult öeldes) aladel võimaldavad meil teha olulisi kohandusi meie tähesüsteemi massi ja suuruse tegelike väärtuste kindlaksmääramisel nende olulise suurenemise suunas.
Siiski isegi kõige kauged tähed meie galaktikas asuvad suhteliselt lähedal. Teadusele teadaolevad kõige kaugemad kvasarid asuvad rohkem kui 30 korda kaugemal.
Kvaasar (inglise quasar – lühend sõnast QUASi stellAR radio source – "kvaasi-tähe raadioallikas") on ekstragalaktiliste objektide klass, mida iseloomustab väga suur heledus ja nii väike nurk, et mitu aastat pärast avastamist ei olnud neid võimalik eristada. "punktallikatest" - tähed.
Mitte kaua aega tagasi avastasid Ameerika astronoomid kolm kvasarit, mis on universumi "vanimad" teadusele teadaolevad objektid. Nende kaugus meie planeedist on rohkem kui 13 miljardit valgusaastat. Kaugused kaugete kosmiliste moodustisteni määratakse nn punase nihkega - kiiresti liikuvate objektide kiirgusspektri nihkega. Mida kaugemal nad Maast on, seda kiiremini kaugenevad nad vastavalt kaasaegsetele kosmoloogilistele teooriatele meie planeedilt. Eelmine distantsi rekord sündis 2001. aastal. Siis avastatud kvasari punanihkeks hinnati 6.28. Praegusel kolmikul on nihked 6,4, 6,2 ja 6,1.
Tume minevik
Avastatud kvasarid on universumist vaid 5 protsenti "nooremad". Seda, mis juhtus enne neid, vahetult pärast Suurt Pauku, on raske fikseerida: 300 000 aastat pärast plahvatust tekkinud vesinik blokeerib kõige varasemate kosmoseobjektide kiirguse. Ainult tähtede arvu suurenemine ja sellele järgnev vesinikupilvede ioniseerimine võimaldab rebida loori meie “tumeda mineviku” kohalt.
Sellise teabe hankimine ja kontrollimine nõuab mitme võimsa teleskoobi koostööd. Hubble'i kosmoseteleskoop ja New Mexico observatooriumi Sloani digitaalteleskoop mängivad selles jõupingutuses võtmerolli.
Võimas gravitatsioonilääts, mis võimendas valgust kaks tuhat korda, aitas tiirleval Hubble'i observatooriumil teha fotosid Maast 9 miljardi valgusaasta kaugusel asuvast tähest, selgub ajakirjas Nature avaldatud artiklist.
"Esimest korda õnnestus meil näha tavalist tähte - mitte supernoova ega gammakiirgust, vaid kõige tavalisemat tähte, mis asub meist üheksa miljoni valgusaasta kaugusel. Meile tundub, et teised sarnased "kosmilise" superpositsioonid läätsed" aitab meil näha universumi kõige varasemaid tähti. universum on andnud meile suurima teleskoobi, mis üldse eksisteerida saab," ütles Alexey Filippenko California ülikoolist Berkeleys (USA).
Igasugune suure massiga aine, sealhulgas tumeaine, kogunemine interakteerub valgusega ja põhjustab selle kiirte paindumist, nagu seda teevad tavalised optilised läätsed. Teadlased nimetavad seda efekti gravitatsiooniläätseks. Mõnel juhul aitab ruumi kõverus astronoomidel näha ülikaugeid objekte – Universumi esimesi galaktikaid ja nende kvasari tuumasid –, mis oleks Maalt ilma gravitatsioonilise “suurenduseta” kättesaamatud.
Kui kaks kvasarit, galaktikat või muud objekti asetsevad Maal vaatlejate jaoks kõrvuti, juhtub huvitav asi – kaugema objekti valgus jaguneb, kui see läbib esimese gravitatsiooniläätse. Seetõttu näeme mitte kahte, vaid viit eredat punkti, millest neli on kaugema objekti heledad “koopiad”. Lisaks on need "Einsteini läätsed" sageli üksteise peale asetatud, mis suurendab veelgi kaugemate objektide valgust.
Filippenko ja tema kolleegid, sealhulgas Nobeli preemia laureaat Adam Riessil õnnestus esmakordselt saada üksikasjalikke pilte tähest, mis eksisteeris universumi ühes esimeses galaktikas, jälgides galaktikaparve MACS J1149, mis paiknes Lõvi tähtkujus viie miljardi valgusaasta kaugusel. Maa.
Nagu teadlased 2014. aastal leidsid, katab see parv veel üht suurt galaktikate "perekonda", mille jälgi võib näha MACS J1149 ümbritseva ereda valgusrõngana. Analüüsides selle struktuuri Hubble'i 2016. ja 2017. aastal tehtud piltide abil, märkas Filippenko ja tema kolleegid ebatavalist objekti, mis paistis üldisest galaktikate hulgast silma.
Pärast selle spektri analüüsimist ja suuruse mõõtmist avastasid teadlased, et tegemist pole mitte supernoova ega gammakiirguse purskega, vaid tavalise tähega, mis on liigitatud siniseks superhiiglaseks. See asub Maast umbes 9 miljardi valgusaasta kaugusel asuva galaktika äärealal, mille vastasservas plahvatas suhteliselt hiljuti supernoova SN Refsdal, mille valgust võimendas oluliselt ka MACS J1149 “objektiiv”.
Varem jäi see täht, hüüdnimega Icarus ja nimega MACS J1149 LS1, Hubble'ile ega teistele teleskoopidele nähtamatuks. See sai nähtavaks alles pärast seda, kui selle asukoht galaktikas nihkus ja selle valgus hakkas läbima teise tähe – väikese Päikese-suuruse kääbuse – lähedusest teel parve MACS J1149. See suurendas selle sära 600 korda ja võimaldas astronoomidel seda avastada.
Filippenko ja tema kolleegid ootavad lähitulevikus, et MACS J1149 LS1 muutub veelgi heledamaks tänu tähtede positsioonide edasisele muutumisele oma kodugalaktikas. Teadlased loodavad, et selle tähe vaatlused aitavad neil mõista, millist rolli mängib tumeaine selliste gravitatsiooniläätsede tekkes ja jõuda lähemale niinimetatud ürgsete mustade aukude avastamisele.
2015. aasta mais registreeris Hubble'i teleskoop seni teadaolevalt kõige kaugema ja seega vanima galaktika puhangu. Kiirgusel kulus Maale jõudmiseks ja meie seadmetega tuvastamiseks 13,1 miljardit valgusaastat. Teadlaste sõnul sündis galaktika umbes 690 miljonit aastat pärast Suurt Pauku.
Võiks arvata, et kui galaktikast EGS-zs8-1 (nimelt teadlaste poolt antud elegantne nimetus) tulev valgus lendaks meie poole 13,1 miljardit aastat, siis oleks kaugus selleni võrdne valguse läbitavaga. selle 13,1 miljardi aasta jooksul.
Galaxy EGS-zs8-1 on seni kõige kaugemal avastatud galaktika Kuid me ei tohi unustada mõningaid meie maailma struktuuri tunnuseid, mis mõjutavad suuresti kauguse arvutamist. Fakt on see, et universum paisub ja teeb seda kiirenevas tempos. Selgub, et sel ajal, kui valgus rändas meie planeedile 13,1 miljardit aastat, laienes ruum üha enam ja galaktika eemaldus meist üha kiiremini. Protsessi visuaalne esitus on näidatud alloleval joonisel.
Arvestades kosmose laienemist, on kaugeim galaktika EGS-zs8-1 tolli Sel hetkel asub meist umbes 30,1 miljardi valgusaasta kaugusel, mis on kõigi teiste sarnaste objektide seas rekord. Huvitav on see, et mingi hetkeni avastame järjest kaugemaid galaktikaid, mille valgus pole veel meie planeedile jõudnud. Etteruttavalt võib öelda, et EGS-zs8-1 galaktika rekord purustatakse tulevikus.
See on huvitav: Universumi suuruse kohta on sageli eksiarvamus. Selle laiust võrreldakse selle vanusega, mis on 13,79 miljardit aastat. See ei võta arvesse, et universum paisub kiirenevas tempos. Ligikaudsete hinnangute kohaselt on nähtava universumi läbimõõt 93 miljardit valgusaastat. Kuid universumis on ka üks nähtamatu osa, mida me kunagi näha ei saa. Universumi suuruse ja nähtamatute galaktikate kohta loe lähemalt artiklist ““.
Kui leiate vea, tõstke esile mõni tekstiosa ja klõpsake Ctrl+Enter.