Care este cea mai depărtată galaxie cunoscută

„Este foarte emoţionant să ştim că noi suntem primii oameni din lume care văd acest lucru", a spus Vithal Tilvi, un cercetător postdoctorand participant la studiu şi coautor al lucrării publicate şi care va fi disponibilă online după data de 24 octombrie. „Descoperirea noastră provoacă noi întrebări interesante cu privire la originile şi evoluţia Universului".

Această imagine obţinută în cadrul studiului CANDELS realizat cu ajutorul telescopului spaţial Hubble arată cea mai îndepărtată galaxie din Univers care este denumită z8_GND_5296. Galaxia având o culoare roşie i-a făcut pe astronomi să creadă că aceasta se află probabil la o distanţă foarte mare şi astfel ea este observată dintr-o perioadă de timp apropiată de momentul Big Bang. O echipă de astronomi din care au făcut parte Steven Finkelstein de la University of Texas din Austin şi Vithal Tilvi din cadrul Texas A&M University au măsurat distanţa exactă până la aceasta folosind noul spectrograf MOSFIRE al telescopului Keck. Ei au descoperit că această galaxie se află la o distanţă corespunzătoare unei perioade de aproximativ 700 de milioane de ani după Big Bang, atunci când Universul avea doar 5% din vârsta sa actuală de 13,8 miliarde ani.

Autorul principal al lucrării publicate este Steven Finkelstein, profesor asistent în cadrul University of Texas din Austin şi membru în cadrul echipei Hubble şi care a fost anterior un cercetător postdoctorand în cadrul Texas A&M sub îndrumarea astrofizicianului Casey Papovich din partea Texas A&M, care este coautor al lucrării precum şi conducătorul de proiect al lui Tilvi. Zece alte instituţii internaţionale au colaborat la acest studiu, din California la Massachusetts şi din Italia până în Israel.

Galaxia cunoscută sub numele de catalog z8_GND_5296 i-a fascinat pe cercetători. În timp ce galaxia noastră, Calea Lactee, creează aproximativ una sau două stele similare Soarelui, cu aproximaţie, în fiecare an, această galaxie nou descoperită formează un număr de aproximativ 300 de stele similare Soarelui într-un singur an şi ea a fost observată de către cercetători aşa cum era acum 13 miliarde de ani. De atâta timp a avut nevoie lumina pentru a ajunge de la această galaxie la planeta Pământ. Ce distanţă înseamnă asta? Un an-lumină reprezintă distanţa pe care o parcurge lumina timp de un an şi valoarea ei este de aproape 9,5 trilioane de kilometri (9,5 10^12 km). Pentru că Universul s-a extins, cercetătorii estimează că distanţa la care se află galaxia în prezent este de aproximativ 30 de miliarde de ani-lumină distanţă.

„Datorită distanţei la care se află această galaxie, noi putem observa condiţiile existente în cadrul Universului care la acea dată avea doar aproximativ 700 milioane de ani, adică doar 5 la sută din vârsta sa curentă de 13,8 miliarde de ani", a spus Papovich, profesor asociat în cadrul Department of Physics and Astronomy şi membru al George P. and Cynthia Woods Mitchell Institute for Fundamental Physics and Astronomy din anul 2008.

Papovich menţionează că cercetătorii au fost capabili să evalueze corect distanţele la care se află galaxiile prin măsurarea unei caracteristici a hidrogenului omniprezent denumită tranziţia alpha Lyman care este emisă intens în galaxiile îndepărtate. Ea este detectată în aproape toate galaxiile care sunt observate într-o perioadă de timp aflată la mai mult de un miliard de ani de la evenimentul Big Bang. Pentru galaxiile aflate la mai puţin de un miliard de ani după Big Bang linia de emisie a hidrogenului, din anumite motive, devine tot mai greu de a fi observată.

„Noi am fost încântaţi să descoperim această galaxie", a spus Finkelstein. „Următorul nostru gând a fost: de ce nu am văzut şi altceva? Noi am folosit cel mai bun instrument, de pe cel mai bun telescop, pentru a observa cea mai potrivită galaxie posibilă. Am avut cele mai bune condiţii meteo, vremea a fost superbă. Şi cu toate acestea noi am văzut doar această linie de emisie în cadrul eşantionului nostru ce a cuprins un număr de 43 de galaxii observate, în timp ce ne aşteptam să observăm în jur de şase astfel de linii de emisie. Ce se întâmplă?"

Cercetătorii bănuiesc că aceste linii de emisie au fost anulate într-o perioadă în care Universul a făcut tranziţia de la o stare opacă, în care cea mai mare parte a hidrogenului este neutru, către o stare translucidă în care cea mai mare parte a hidrogenului este ionizat. În concluzie, nu rezultă neapărat că acolo nu s-ar mai afla şi alte galaxii îndepărtate. Ele ar putea fi ascunse în spatele unui zid de ceaţă compus din hidrogen neutru care blochează semnalul emis de hidrogenul din cadrul lor.

Tilvi menţionează că aceasta este una dintre cele două schimbări majore ce au avut loc în Universul timpuriu, cealaltă fiind o tranziţie de la o stare de plasmă către o stare neutră. El conduce studiul care va utiliza o analiză statistică sofisticată pentru a cerceta în continuare această fază de tranziţie a Universului.

Aceasta este o reprezentare de artist a celei mai îndepărtate galaxii cunoscute în prezent denumită z8_GND_5296. (Galaxia este roşie în imaginea reală obţinută de telescopul spaţial Hubble deoarece lumina albastră de la stelele din cadrul ei este deplasată spre roşu ca urmare a expansiunii Universului şi din cauza distanţei mari la care se află faţă de Pământ).

„Totul pare să se fi schimbat de atunci", a spus Tilvi. "Dacă ar fi fost neutru peste tot atunci astăzi cerul nopţii pe care îl vedem nu ar fi la fel de frumos. În prezent studiez aceasta tranziţie pentru a afla mai precis de ce şi unde s-a întâmplat aceasta. A fost o tranziţie care s-a produs brusc sau ea a avut loc treptat?"

Articolul publicat este rezultatul prelucrării unor date primare preluate dintr-un studiu complex ce a analizat imaginile obţinute de telescopul spaţial Hubble din Universul îndepărtat şi denumit CANDELS sau Cosmic Assembly Near-Infrared Deep Extragalactic Legacy Survey. Folosind aceste date, echipa de cercetători a selectat 43 de potenţiale galaxii îndepărtate pentru a încerca să le determine distanţa la care se află faţă de noi.

Într-o noapte senină de aprilie, Tilvi, Finkelstein şi absolventul său, Mimi Song, se aflau în spatele unui grup de calculatoare aflate în camera de control de la W.M. Keck Observatory care este situat pe o culme a vulcanului inactiv Mauna Kea din Hawaii şi care adăposteşte cel mai mare telescop optic şi cel mai mare telescop infraroşu din lume, fiecare dintre ele având o înălţime de opt etaje, o masă de 300 de tone şi fiind echipate cu oglinzi de 10 metri diametru.

Ei au detectat doar o singură galaxie în timpul a două nopţi de observare la Keck, dar aceasta s-a dovedit a fi cea mai îndepărtată galaxie care a fost confirmată vreodată. Ea are o deplasare spre roşu de 7,51 care corespunde unei perioade de 13 miliarde de ani în urmă. Pentru că Universul se extinde, distanţele dintre galaxii, de asemenea, se măresc. Şi pe măsură ce obiectele cosmice se îndepărtează, lumina de la ele devine tot mai roşie. În concluzie, cu cât este mai mare deplasarea spre roşu, cu atât mai departe se află obiectul în cauză. Doar un număr de cinci galaxii au mai fost confirmate a avea o deplasare spre roşu mai mare decât 7, cea mai mare valoare anterioară fiind de 7,215.

Finkelstein consideră că progresele tehnologice din ultimii ani le-au permis astronomilor să poată privi tot mai departe în spaţiu şi tot mai aproape de momentul Big Bang. De exemplu, un nou spectrometru performant numit MOSFIRE (Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration) care este de 25 de ori mai sensibil la lumină decât altele de acest gen a fost instalat la observatorul Keck în anul 2012. Şi telescopul spaţial Hubble este dotat cu o nouă cameră în infraroşu apropiat ce a fost instalată de astronauţii ce s-au aflat la bordul unui navete spaţiale în anul 2009 şi care poate face observaţii la distanţe mari din spaţiu.

Colaborarea dintre Finkelstein şi Papovich în vederea studiului galaxiilor îndepărtate şi a evoluţia Universului este doar una dintre colaborările a două centre de cercetare din Texas în domeniul astronomiei. Texas A&M, University of Texas din Austin şi alte instituţii construiesc cel mai mare spectrograf din lume ce va fi instalat la Hobby-Eberly Telescope din partea de vest a statului Texas pentru a încerca să descopere ce reprezintă misterioasa energie întunecată care, probabil, provoacă expansiunea accelerată a Universului.

Probabil cea mai mare şi cea mai importantă colaborare între cele două universităţi în domeniul astronomiei o reprezintă uriaşul telescop Magellan care, atunci când va fi gata în anul 2020, va obţine imagini de 10 ori mai clare decât telescopul spaţial Hubble şi va permite astronomilor să vadă tot mai departe în Univers la distanţe ce nu au mai fost atinse vreodată. Texas A&M şi University of Texas din Austin sunt doar două dintre cele 10 instituţii internaţionale care au fondat un parteneriat în cadrul acestui proiect.

„Telescopul gigant Magellan va revoluţiona cercetarea astronomică", a spus Papovich. „Noi utilizăm telescoapele actuale la limita lor pentru a vedea cele mai strălucitoare galaxii ce au aceste deplasări spre roşu. Am atins limita telescoapelor actuale. Telescopul gigant Magellan va avea o putere de captare a energiei luminoase de aproximativ cinci ori mai mare decât a celor mai mari telescoape pe care le folosim în prezent şi această calitate va face ca observaţiile astronomice să se poată desfăşura mult mai uşor. Cu ajutorul telescopului Magellan sperăm să înţelegem cu adevărat care au fost condiţiilor din cadrul Universului timpuriu".

Nicholas Suntzeff, director al programului de astronomie din cadrul Texas A&M a spus că University of Texas din Austin a avut un rol esenţial în dezvoltarea programul internaţional College Station şi a oferit accesul la telescoapele şi dotările existente. Suntzeff, care în acest an a primit o poziţie importantă în cadrul Texas A&M fiind distins profesor, lucrează ca profesor adjunct la University of Texas din Austin.

„Dacă vrem să menţinem statul Texas în poziţia de fi unul dintre cele mai importante centre din lume pentru studiul astronomiei, noi nu mai putem activa sub forma unor universităţi separate", a spus Suntzeff. „UT, Texas A&M şi alte universităţi trebuie să lucreze împreună. Doar prin forţa programului condus de University of California sistemul universitar de acolo este unit. Dacă vrem să facem parte din cele mai importante proiecte din lume, noi trebuie să ne unim forţele. Aceasta este singura cale prin care noi putem reintra în grupul de elită al instituţiilor astronomice care efectuează cele mai importante cercetări ştiinţifice cu ajutorul celor mai mari telescoape. În Texas, noi ne dorim să urmăm această cale".