Nový výzkum mezinárodního astronomického týmu identifikoval dosud nejstarší a nejvzdálenější galaxii, jaká kdy byla ve vesmíru pozorována. Galaxie získala označení GN-z11.

Tým vedli Lin-chua Ťiang z čínského Kavliho ústavu pro astronomii a astrofyziku a profesor Nobunari Kašikawa z Tokijské univerzity, k nimž se připojili vědci z observatoří Carnegieho instituce pro vědu, ze Stewardovy observatoře, Ženevské observatoře, Pekingské univerzity a Tokijské univerzity. Výsledky jejich společného výzkumu byly publikovány v Nature Astronomy

Zřejmě nejvzdálenější galaxie, jakou zatím astronomové nalezliZdroj: Jiang et al. Nature Astronomy, 2020

Zřejmě nejvzdálenější galaxie, jakou zatím astronomové nalezli 

Posuvy ve spektru

Podle závěrů astronomického bádání začal vesmírný dávnověk asi 370 tisíc let po velkém třesku a trval další miliardu let. V té době byly jedinými zdroji světla buď již dříve uvolněné fotony, které jsou ještě dnes zaznamenatelné jako kosmické mikrovlnné pozadí, nebo fotony uvolňované neutrálními atomy vodíku. Jejich světlo se v důsledku rozpínání vesmíru natolik posunulo, že jsou pro nás dnes neviditelné.

Tento efekt je znám jako "rudý či červený posuv" ("redshift"), kdy se vlnová délka světla po cestě stále se rozpínajícím vesmírem směrem k nám protahuje, neboli "posouvá" směrem k červenému konci spektra. 

U objektů pohybujících se blíže k naší galaxii je účinek obrácený, vlnová délka se zkracuje a posouvá směrem k modrému konci spektra, proto se tento efekt nazývá "modrý posuv" ("blueshift"). 

Kosmologický rudý posuv v astronomii poprvé popsal před bezmála sto lety (v roce 1924) americký astronom Edwin Hubble při pozorování velmi vzdálených kosmických objektů (galaxií).

Hubble zjistil, že spektrální čáry chemických prvků ve spektrech těchto objektů jsou proti měřením v pozemských chemických laboratořích posunuty směrem k dlouhovlnnému konci spektra, a že tento rudý posuv spektrálních čar je tím větší, čím větší je vzdálenost pozorovaného objektu od Země. Dále objevil, že i galaxie se od sebe vzájemně vzdalují rychlostí tím větší, čím jsou od sebe vzdálenější (Hubbleův zákon), a právě to vedlo k teorii o rozpínání vesmíru.

Nejvzdálenější galaxie

Oba efekty tak již téměř 100 let slouží astronomům k tomu, aby s jejich pomocí určovali vzdálenosti galaxií a rychlost, jakou se vesmír rozpíná.

K měření rudého posuvu galaxie GN-z11 a stanovení její vzdálenosti použil nyní výzkumný tým jeden z Keckových dalekohledů observatoře Mauna Kea umístěné na Havaji. (Keckovy dalekohledy na Havaji jsou v současnosti dva největší optické a infračervené dalekohledy na světě. Ve srovnání s Hubbleovým dalekohledem je jejich sběrná plocha sedmnáctkrát větší a jsou schopny zachytit slabší signál - dokážou zaregistrovat třeba plamen svíčky na Měsíci. Díky nadmořské výšce a suchému vzduchu jsou dostatečně citlivé i na infračervené záření.)

Ze získaných výsledků došel tým k závěru, že jde o nejvzdálenější a nejstarší galaxii, jaká kdy byla ze Země zaznamenána. "Z předchozích studií se zdá, že galaxie GN-z11 je nejvzdálenější detekovatelnou galaxií od nás, nacházející se ve vzdálenosti 13,4 miliardy světelných let, popřípadě 134 neillionů kilometrů (jde o číslo 134 následované 30 nulami). Měření a ověřování takové vzdálenosti však není snadný úkol," uvedl v tiskové zprávě k novému výzkumu Nobunari Kašikawa z Tokijské univerzity. Zprávu cituje server Science Alert.

Tým se zaměřil konkrétně na výzkum uhlíkových emisních čar vycházejících z GN-z11, které se při opouštění glaxie nacházely v ultrafialovém pásmu, a v době, kdy zasáhly Zemi, se posunuly o faktor 10 do infračerveného psáma (0,2 mikrometru).

Tato úroveň rudého posuvu naznačuje, že zmíněná galaxie existovala zhruba před 13,4 miliardy let, tedy pouhých 400 milionů let po velkém třesku. Současně se nachází tak daleko, že definuje samou hranici pozorovatelného vesmíru. I když byla zaznamenána již dříve pomocí Hubbleova vesmírného dalekohledu, k přesnému měření byly zapotřebí lepší spektroskopické schopnosti, které poskytl až Keckův dalekohled.

Čeká se na dalekohledy další generace

Výzkumný tým provedl zmíněné měření pomocí spektrografu MOSFIRE (Multi-Object Spectrograph for Infrared Exploration, neboli multipředmětný spektrograf pro infračervený průzkum), který podrobně zachytil emisní čáry z GN-z11. Tým díky tomu mohl odhadnout vzdálenost galaxie s vyšší přesností oproti předchozím měřením.

"Hubbleův vesmírný dalekohled detekoval známky GN-z11 několikrát, ale ani Hubble nedokáže rozlišit ultrafialové emisné čáry v míře, jakou jsme potřebovali," vysvětluje Kašikawa. "Proto jsme využili pozemský spektrografický nástroj MOSFIRE, který je součástí Keckova dalekohledu na Havaji."

Pokud výsledky této nejnovější studie potvrdí další pozorování, budou moci astronomové s jistotou říci, že GN-z11 je nejvzdálenější galaxie, jakou kdy pozorovali. Doufají proto, že její studium pomůže osvětlit období raného vesmíru, kdy byl stár jen několik stovek milionů let.

Toto období se shoduje s časem, kdy se raný vesmír začal vynořovat z "temného středověku", formovaly se první hvězdy a galaxie a vesmír se začal plnit viditelným světlem. 

Studium objektů, jako je galaxie GN-z11, by mělo podle astronomů přispět k poznání, jak se následně rozvinuly rozsáhlé vesmírné struktury. Dopomoci by k tomu měly dalekohledy nové generace, jakým je například vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST), jehož spuštění se plánuje na 31. října 2021.

Tyto přístroje by měly umožnit astronomům studovat samotnou "temnou dobu" vesmíru, tedy věk, kdy se v prostředí bez jakýchkoli zdrojů světla tvořil plynný neutrální vodík, a sledovat formování prvních hvězd i galaxií.