Afbeelding tegoed: Subaru Telescope
De in Japan gevestigde Subaru-telescoop heeft op 12,8 miljard lichtjaar afstand het verste sterrenstelsel ooit waargenomen. Het Subaru Deep Field-projectteam ontdekte 70 kandidaat-objecten op afstand door een speciaal filter te gebruiken dat alleen licht met een zeer specifieke golflengte doorlaat - een filter dat overeenkomt met objecten die zich op ongeveer 13 miljard lichtjaar afstand bevinden.
De Subaru-telescoop heeft een sterrenstelsel gevonden op 12,8 miljard lichtjaar afstand (een roodverschuiving van 6,58; zie noot 1), het verste sterrenstelsel dat ooit is waargenomen. Deze ontdekking is het eerste resultaat van het Subaru Deep Field Project, een onderzoeksproject van de Subaru-telescoop van het National Astronomical Observatory of Japan, dat de Subaru-telescoop bedient. Het Subaru Deep Field (SDF) projectteam heeft ongeveer 70 kandidaten voor verre melkwegstelsels gevonden door een speciaal filter te bevestigen dat is ontworpen om sterrenstelsels op ongeveer 13 miljard lichtjaar afstand te detecteren op een camera met een breed gezichtsveld. Vervolgobservaties met een spectrograaf bevestigden dat twee van de negen kandidaten in feite verre sterrenstelsels zijn. Een daarvan is het verste sterrenstelsel dat ooit is waargenomen. Deze ontdekking wekt de verwachting dat het project in staat zal zijn om een groot aantal verre sterrenstelsels te vinden die de vroege geschiedenis van het universum op een statistisch betekenisvolle manier zullen helpen ontrafelen.
Het SDF-project is een observatoriumproject van de National Astronomical Observatory of Japan, ontworpen om de mogelijkheden van de Subaru-telescoop te demonstreren en fundamentele astronomische vragen op te lossen die moeilijk te beantwoorden zijn via het reguliere tijdallocatiesysteem van Subaru. De meeste onderzoeksprogramma's op de Subaru-telescoop worden geselecteerd door middel van een competitief tijdallocatieproces, Open Use genaamd, dat openstaat voor alle astronomen, maar dat maximaal zes observatie-avonden per half jaar toestaat. Door observatie-avonden samen te voegen die zijn gereserveerd voor het observatorium en astronomen die hebben bijgedragen aan de oprichting van Subaru Telescope, kan een observatoriumproject vragen beantwoorden die meer telescoopbronnen vereisen dan het typische onderzoeksvoorstel. Het belangrijkste doel van het SDF-project is om een groot aantal van de meest verre sterrenstelsels te detecteren en hun eigenschappen en hun impact op de evolutie van het universum te begrijpen. De lichtsnelheid is de fundamentele limiet voor hoe snel informatie kan reizen (zie noot 2). Wanneer we licht van een melkwegstelsel op 13 miljard lichtjaar afstand detecteren, betekent dit dat we de melkweg zien zoals deze 13 miljard jaar geleden was. Zoeken naar steeds verder weg gelegen sterrenstelsels betekent kijken naar sterrenstelsels in vroegere en vroegere tijden in het heelal.
De SDF-waarnemingen profiteerden van het feit dat licht van verre sterrenstelsels een karakteristieke golflengte en vorm heeft. Astronomen denken dat de vroegste sterrenstelsels snel sterren vormden uit waterstof, de dominante vorm van materie in het heelal. Het licht van deze sterren zou alle resterende waterstof hebben opgewekt tot hogere energietoestanden en zelfs ioniseren. Wanneer opgewonden waterstof terugkeert naar lagere energietoestanden, zendt het licht uit op verschillende golflengten. Het meeste van dit licht zou echter uit de jonge melkweg ontsnappen als een emissielijn van 122 nanometer omdat 'blauwer' licht met kortere golflengten en hogere energie andere waterstofatomen opnieuw kan opwekken. Omdat het universum uitdijt, geldt dat hoe verder een sterrenstelsel van ons verwijderd is, hoe sneller het van ons weg beweegt. Door deze beweging wordt het licht van verre sterrenstelsels doppler verschoven naar langere of rodere golflengten, en deze emissielijn wordt "roodverschoven" naar een langere golflengte die kenmerkend is voor de afstand van het sterrenstelsel en het sterrenstelsel zelf lijkt roder. Terwijl het licht de lange afstand van zijn oorsprong naar de aarde aflegt, kan licht aan de hogere energiekant of de blauwe kant van de emissielijn worden geabsorbeerd door de neutrale waterstof in de intergalactische ruimte. Deze absorptie geeft de emissielijn een kenmerkende asymmetrische uitstraling. Een algeheel rood uiterlijk en een sterke emissielijn op een bepaalde golflengte met een bepaalde asymmetrische vorm is de signatuur van een ver nieuw geboren sterrenstelsel.
Om de verste melkwegstelsels ooit te detecteren, ontwikkelde het SDF-team een speciaal filter dat alleen licht doorlaat met een smal golflengtebereik van 908 tot 938 nanometer. Deze golflengten komen overeen met de emissielijn van 122 nanometer na een afstand van 13 miljard lichtjaar. Het team installeerde het speciale filter en twee andere filters met kortere en langere golflengten die het speciale filter ondersteunen, op de Suprime-Cam, Subaru Prime Focus Camera van de Subaru-telescoop, en voerde van april tot mei 2002 een uitgebreid observatieprogramma uit. Suprime-Cam heeft het vermogen om een gebied van de hemel zo groot als de volle maan in één keer in beeld te brengen, een uniek vermogen onder instrumenten van 8-meter klasse en grotere telescopen, en is uitermate geschikt voor het onderzoeken van zeer zwakke objecten over grote gebieden van de hemel . Door in elk filter tot 5,8 uur een gebied van de hemel ter grootte van de maan te observeren, kon het team meer dan 50.000 objecten detecteren, waaronder veel extreem zwakke sterrenstelsels. Door sterrenstelsels te selecteren die alleen helder waren in het speciale filter en bij voorkeur rood, vond het team 70 kandidaten voor sterrenstelsels bij een roodverschuiving van 6,6 (of een afstand van 13 miljard lichtjaar; zie figuur 1).
In juni 2002 gebruikte het team FOCAS, de Faint Object Camera en Spectrograph op de Subaru-telescoop, om 9 van de 70 kandidaten te observeren, en bevestigde het het algemeen rode uiterlijk en een emissielijn met een kenmerkende asymmetrie in 2 objecten (zie figuur 2), en bepaalden dat hun roodverschuivingen 6,58 en 6,54 zijn. Het licht van deze sterrenstelsels werd 12,8 miljard jaar geleden uitgezonden toen het universum slechts 900 miljoen jaar oud was. Het eerder waargenomen verste sterrenstelsel, met een roodverschuiving van 6,56, werd ontdekt door te kijken naar een grote cluster van sterrenstelsels die licht van verder weg gelegen sterrenstelsels kunnen versterken met een zwaartekrachtlenseffect. (Zie ons persbericht van mei 2002, http://www.naoj.org/Latestnews/200205/UH/index.html.) De SDF-waarnemingen zijn de eerste keer dat meerdere sterrenstelsels op zo'n grote afstand worden waargenomen, en zonder de hulp van zwaartekrachtlensing. Het sterrenstelsel met een roodverschuiving van 6,58 is het verste sterrenstelsel dat ooit is waargenomen.
Het SDF-team verwacht door verdergaande observaties veel verder weg gelegen sterrenstelsels te vinden. Voordat de eerste sterren en sterrenstelsels werden gevormd, bevond het heelal zich in een stadium dat astronomen 'de donkere eeuwen van het heelal' noemen. Bepalen wanneer de donkere middeleeuwen zijn geëindigd, is een van de belangrijkste astronomische vragen van onze tijd. Kernleden van het team, Keiichi Kodaira van de Graduate University of Advanced Studies in Japan, Nobunari Kashikawa van de National Astronomical Observatory of Japan, en Yoshiaki Taniguchi van Tohoku University hopen dat ze door een statistisch significant aantal verre melkwegstelsels te detecteren, kunnen beginnen karakteriseren de sterrenstelsels die het einde van de donkere eeuwen van het universum inluiden.
Oorspronkelijke bron: Subaru News Release
