Galaktyki
w m"odym WszechĘwiecie
Porównując odleg"e pierwotne galaktyki ze starszymi, po"oŻonymi bliŻej nas,
astronomowie majÄ… nadziej´ wyjaĘniç, jak one powstajÄ… i ewoluujÄ…
F. Duccio Macchetto i Mark Dickinson
ciÄ…gu ostatniego stulecia s"abych gwiazd. W ostatnich latach jed- WszechĘwiata odleg"oĘç do galaktyki
wraz ze wzrostem moÅ»liwo- nak uzyskiwanie szczegó"owych obra- jest proporcjonalna do pr´dkoĘci jej ru-
WĘci astronomii obserwacyjnej zów odleg"ego WszechĘwiata sta"o si´ chu wzgl´dem nas. Ta ucieczka galakty-
nasze wyobraÅ»enia o WszechĘwiecie moÅ»liwe dzi´ki Kosmicznemu Telesko- ki powoduje przesuni´cie Dopplera
uleg"y radykalnym zmianom. Pionier- powi Hubble a, który zawdzi´cza swÄ… w widmie wysy"anego przez niÄ… Ęwia-
skie prace Edwina Hubble a w latach niezwykle duŻą rozdzielczoĘç temu, Å»e t"a. W wyniku tego charakterystyczne
dwudziestych doprowadzi"y do poglÄ…- zosta" umieszczony ponad atmosferÄ… cechy widma przesuni´te sÄ… w kierun-
du, Å»e WszechĘwiat narodzi" si´ w Wiel- ziemskÄ…. ku d"uÅ»szych, bardziej czerwonych fal.
kim Wybuchu i od tamtej pory ciÄ…gle Teleskop Hubble a pozwala realizowaç To przesuni´cie ku czerwieni, oznacza-
si´ rozszerza. Póęniejsze badania po- wiele programów badawczych poĘwi´- ne jako z, pozwala okreĘliç odleg"oĘç ga-
zwoli"y odkryç, Å»e wraz z up"ywem cza- conych monitorowaniu m"odych galak- laktyki oraz jej wiek.
su WszechĘwiat zmienia si´ takÅ»e pod tyk, ale jeden zajmuje wĘród nich szcze- Przesuni´cie ku czerwieni pozwala
innymi wzgl´dami. PoczÄ…tkowo wype"- gólne miejsce. W grudniu 1995 roku mierzyç up"yw czasu kosmicznej histo-
niony by" niezwykle gorÄ…cÄ…, g´stÄ… i nie- Hubble skierowany zosta" na niepozor- rii: wi´ksze wartoĘci z odpowiadajÄ…
mal jednorodnie roz"oŻoną materią. Te- ny fragment nieba o rozmiarach 1/140 wczeĘniejszym epokom, gdy Wszech-
raz jest stosunkowo pusty. Materia, tarczy Ksi´Å»yca w pobliÅ»u Wielkiego Ęwiat by" m"odszy, mniejszy i g´stszy.
którą obserwują astronomowie, spoglą- Wozu. Wybór tego miejsca podyktowa- Od czasu odpowiadającego danej
dajÄ…c na miliony lat Ęwietlnych w g"Ä…b ny by" moÅ»liwoĘciÄ… spojrzenia daleko wartoĘci przesuni´cia ku czerwieni z
WszechĘwiata, zgrupowana jest w od- poza naszÄ… Galaktyk´, a jednoczeĘnie WszechĘwiat rozszerzy" si´ o czynnik
dzielne galaktyki. Jak dosz"o do tego gwarantowa" odpowiednie ustawienie (1+z). ZaleÅ»noĘç mi´dzy z a wiekiem
przeobraÅ»enia i w jaki sposób uformo- teleskopu na orbicie. W ciÄ…gu dziesi´- jest bardziej skomplikowana, ale w
wa"y si´ galaktyki to g"ówne problemy ciu dni teleskop wykona" setki zdj´ç przybliÅ»eniu moÅ»na przyjÄ…ç, Å»e przy
dzisiejszej kosmologii. przez cztery filtry, obejmujÄ…c zakres przesuni´ciu ku czerwieni równym z
1
Wiele wysi"ku w"oŻono w badanie widmowy od bliskiego ultrafioletu do WszechĘwiat liczy" najwyŻej /(1+z)
pobliskich galaktyk, b´dÄ…cych efektem bliskiej podczerwieni. Zdj´cia te, znane swojego obecnego wieku. A zatem przy
trwajÄ…cej oko"o 10 mld lat ewolucji. Jed- jako obserwacje G"´bokiego Pola Hub- przesuni´ciu ku czerwieni równym 1
nak w ostatnich latach olbrzymi post´p ble a (GPH), dostarczajÄ… najlepszego, WszechĘwiat by" co najmniej o po"ow´
dokona" si´ takÅ»e w badaniach galak- jak dotÄ…d, obrazu odleg"ego Wszech- m"odszy niÅ» dzisiaj, natomiast przy
tyk znajdujÄ…cych si´ na kosmologicz- Ęwiata. (W j´zyku astronomicznym g"´- z równym 3 cztery, a moÅ»e nawet
nych odleg"oĘciach, czyli takich, które boki odnosi si´ zarówno do s"aboĘci osiem razy m"odszy.
istnia"y juŻ w czasach m"odoĘci Wszech- obiektu, jak i do odleg"oĘci.) W wyniku zakrojonych na szeroką
Ęwiata. Dzi´ki skoÅ‚czonej pr´dkoĘci Na zdj´ciach GPH znaleziono oko"o skal´ pomiarów przesuni´ç ku czerwie-
Ęwiat"a astronomowie, spoglÄ…dajÄ…c na 3000 s"abych galaktyk o zadziwiajÄ…cej ni uda"o si´ do tej pory wyznaczyç od-
duÅ»e odleg"oĘci, podróŻujÄ… w czasie róŻnorodnoĘci kszta"tów i barw. Wiele leg"oĘci do tysi´cy s"abych galaktyk, aÅ»
i mogÄ… podglÄ…daç bezpoĘrednio prze- z nich to obiekty miliard razy s"absze do z =1, co stanowi maksymalnÄ… g"´bo-
sz"oĘç WszechĘwiata. Âwiat"o najdal- od tego, co moÅ»emy dojrzeç na niebie koĘç obecnych katalogów. Uzyskane za
szych obserwowanych galaktyk opuĘci- go"ym okiem. Przed astronomami sta- pomocą Teleskopu Hubble a obrazy po-
"o je, gdy WszechĘwiat nie mia" jeszcze je teraz zadanie zinterpretowania tych zwalajÄ… klasyfikowaç te galaktyki, po-
1
/5 swojego obecnego wieku. Pos"ugu- dwuwymiarowych obrazów czterowy- równywaç je z pobliskimi i wniosko-
jÄ…c si´ nowymi instrumentami i techni- miarowego WszechĘwiata. Wszystko, waç, na jakim etapie ewolucyjnym si´
kami, mamy nadziej´ zobaczyç odleg"e, co obserwujemy wzd"uÅ» linii wzroku
pierwotne galaktyki w trakcie powsta- zarówno obiekty bliskie, jak i dalekie,
wania i przeĘledziç ich ewolucj´ do dnia m"ode i stare rzutowane jest na sfer´
dzisiejszego. niebieskÄ…. Musimy nie tylko zidentyfi-
OczywiĘcie nie jest to "atwe. M"ode kowaç w tej mieszaninie pierwotne ga-
galaktyki znajdujÄ… si´ tak daleko, Å»e na- laktyki, ale takÅ»e porównaç ich cechy
wet gdy obserwujemy je przez najsil- z cechami starszych galaktyk znajdujÄ…-
niejsze teleskopy, wydajÄ… si´ ma"e i s"a- cych si´ w pobliÅ»u i na poĘrednich od-
be. Galaktyka o rozmiarach naszej Drogi leg"oĘciach. W ten sposób mamy na-
Mlecznej z czasów, gdy WszechĘwiat dziej´ zbadaç, w jaki sposób galaktyki
mia" o po"ow´ mniej lat, zajmowa"aby powstajÄ… i ewoluujÄ….
na niebie obszar o rozmiarach zaledwie Na podstawie rozmiaru lub jasnoĘci
kilku sekund "uku. OglÄ…dajÄ…c takÄ… ga- galaktyki nie jest "atwo okreĘliç jej wiek.
laktyk´ za pomocÄ… znajdujÄ…cego si´ na S"abe obiekty w pobliÅ»u nas i jasne po-
powierzchni Ziemi teleskopu, nawet "oÅ»one dalej mogÄ… wyglÄ…daç bardzo po-
w doskona"ych warunkach nie mogli- dobnie. IstniejÄ… jednak inne sposoby
byĘmy rozróŻniç szczegó"ów jej budo- wyznaczania wieku galaktyk. MoÅ»na
wy. Cz´sto kosmologowie potrafiÄ… naj- na przyk"ad skorzystaç z faktu, Å»e
wyÅ»ej odróŻniç odleg"e galaktyki od w wyniku ciÄ…g"ego rozszerzania si´
OBSERWACJE G¸Ã³BOKIEGO POLA HUBBLE A (GPH) (zdj´cie z lewej) stanowiÄ… naj-
lepsze dost´pne obecnie obrazy odleg"ego WszechĘwiata. Aby je uzyskaç, w grudniu 1995
roku badacze skierowali umieszczony na orbicie teleskop na 10 dni na niewielki fragment
nieba o rozmiarach 1/140 rozmiarów Ksi´Å»yca w pe"ni, w pobliÅ»u Wielkiego Wozu (rysunek
z prawej). Astronomowie majÄ… nadziej´, Å»e badajÄ…c s"abe, pierwotne oraz starsze galakty-
ki, dowiedzÄ… si´, w jaki sposób ewoluujÄ… te obiekty.
ÂWIAT NAUKI Lipiec 1997 61
NASA; ROBERT WILLIAMS i zespó" GPH
Space Telescope Science Institute
BRYAN CHRISTIE
znajdujÄ…. WyglÄ…da na to, Å»e wiele z tych wi´cej w takim samym stanie przez mi- przynajmniej 10 razy wi´cej niÅ» w bli-
galaktyk mia"o stosunkowo spokojną liardy lat. skim nam obszarze WszechĘwiata. Nie-
przesz"oĘç: na zdj´ciach widaç jasne Jednak katalogi przesuni´ç ku czer- bieskie zabarwienie Ęwiat"a tych galak-
obiekty o spiralnych lub eliptycznych wieni i zdj´cia uzyskane dzi´ki Telesko- tyk oraz silne linie emisyjne obser-
kszta"tach, ca"kiem podobne do tych, powi Hubble a wskazują równieŻ, Że wie- wowane w ich widmach Ęwiadczą, Że
które widzimy w pobliŻu, co najmniej le galaktyk przechodzi"o dramatyczne w porównaniu z dzisiejszymi galakty-
do przesuni´ç ku czerwieni równych 1. zmiany. JeĘli zrobimy proste çwiczenie kami o wiele szybciej tworzy"y one
Wydaje si´, Å»e te zwyczajnie wyglÄ…dajÄ…- i policzymy galaktyki na niebie, okaÅ»e gwiazdy, dzi´ki czemu sÄ… jaĘniejsze i "a-
ce galaktyki juÅ» stosunkowo wczeĘnie si´, Å»e galaktyk s"abych jest znacznie twiejsze do skatalogowania.
wyst´powa"y w iloĘciach porównywal- wi´cej, niÅ» naleÅ»a"oby si´ spodziewaç. Ponadto liczne z tych galaktyk majÄ…
nych do obecnych. Wnioskujemy stÄ…d, Na podstawie obecnie dost´pnych ob- nieregularne, skomplikowane kszta"ty,
Å»e wiele galaktyk pozostawa"o mniej serwacji moÅ»emy stwierdziç, Å»e jest ich co wskazuje na to, Å»e dawniej po-
wszechne by"y oddzia"ywania mi´dzy
galaktykami, a moŻe nawet ich "ącze-
nie. ChociaÅ» nieregularne i oddzia"ujÄ…-
ce ze sobą galaktyki moŻna równieŻ
znaleÄ™ç w pobliÅ»u nas, wydaje si´, Å»e
w okresie m"odoĘci WszechĘwiata by"y
one znacznie liczniejsze. W najdalszych
obszarach GPH wĘród galaktyk domi-
nują niezwykle zwarte obiekty, których
szczegó"y są ledwie widoczne nawet
przez tak dok"adny instrument jak Tele-
skop Hubble a. Na podstawie tych da-
nych astronomowie wywnioskowali, Że
Ęrednie tempo powstawania gwiazd we
WszechĘwiecie znacznie si´ obniÅ»y"o
GALAKTYKI NIEWIDOCZNE W ULTRAFIOLECIE cz´sto pojawiajÄ… si´ na zdj´ciach
w drugiej po"owie historii WszechĘwia- astronomicznych rejestrujÄ…cych najdalsze g"´bie WszechĘwiata. Gdy obserwuje si´ je przez
róŻne filtry, są widoczne w Ęwietle niebieskim, czerwonym i zielonym, lecz znikają w bli-
ta i Å»e najcz´Ä˜ciej proces ten zachodzi"
skim ultrafiolecie. Wszechobecny w galaktykach i w przestrzeni mi´dzygalaktycznej wo-
w galaktykach nieregularnych.
dór absorbuje Ęwiat"o ultrafioletowe poniŻej pewnej d"ugoĘci fali.
Nie jest jeszcze jasne, jakie fizyczne
mechanizmy nap´dzajÄ… t´ ewolucj´
i gdzie si´ podzia"y istniejÄ…ce niegdyĘ astronomowie pos"ugujÄ… si´ innymi tech- we wyst´pujÄ… niekiedy w gromadach,
galaktyki. MoÅ»liwe, Å»e cz´stoĘç ich od- nikami. Jedna z nich polega na wyko- otoczone przez wiele innych s"abych
dzia"ywaÅ‚ by"a wi´ksza tylko dlatego, rzystaniu jako mierników odleg"oĘci da- zwyk"ych galaktyk. Za pomocÄ… nowych
Å»e WszechĘwiat by" w przesz"oĘci mniej- lekich obiektów, na przyk"ad Ä™róde" narz´dzi i technik obserwacyjnych uda-
szy i galaktyki znajdowa"y si´ bliÅ»ej sie- promieniowania radiowego. Niektóre "o si´ znaleÄ™ç i zbadaç tych zwyczajnych
bie. Cz´ste oddzia"ywania galaktyk mo- galaktyki wytwarzajÄ… bardzo duÅ»o pro- towarzyszy. Okaza"o si´, Å»e bogate sku-
g"y przyspieszaç powstawanie gwiazd, mieniowania w zakresie fal radiowych. piska galaktyk istniejÄ… wokó" Ä™róde" ra-
które obecnie widzimy. Prawdopodob- Przypuszcza si´, Å»e emisja ta pochodzi diowych na odleg"oĘciach odpowiada-
ne jest teŻ, Że m"ode galaktyki wyczer- z aktywnego jądra wewnątrz galaktyki, jących nawet z = 2.3, czyli pochodzą
pa"y swój zapas gazu, przesta"y tworzyç takiego jak ukryty kwazar. Galaktyki ra- z okresu, gdy WszechĘwiat by" oko"o
gwiazdy i zblad"y tak bardzo, Że są diowe nie są obecnie powszechne, ale trzech razy m"odszy niŻ obecnie. Nie-
obecnie prawie niewidoczne. NiezaleŻ- ich charakterystyczne promieniowanie które z tych odleg"ych gromad badano
nie który ze scenariuszy jest prawdzi- moÅ»na zauwaÅ»yç z bardzo duÅ»ych odle- szczegó"owo za pomocÄ… Teleskopu Hub-
wy, odkrycia te dowodzą równieŻ, Że g"oĘci. Niektóre najjaĘniejsze ęród"a ra- ble a oraz tak wielkich teleskopów ziem-
powstawanie zwyk"ych galaktyk spi- diowe na niebie znajdujÄ… si´ na olbrzy- skich, jak 10-metrowy teleskop Kecka
ralnych i eliptycznych ciÄ…gle jeszcze mich odleg"oĘciach, a ich przesuni´cia na Hawajach czy teleskopy rentgenow-
znajduje si´ poza zasi´giem wi´kszoĘci ku czerwieni sÄ… porównywalne z prze- skie umieszczone na orbicie, na przy-
katalogów przesuni´ç ku czerwieni, ga- suni´ciami najdalszych kwazarów. k"ad na satelicie ROSAT.
laktyki te wyst´pujÄ… bowiem obficie Jedna z gromad, znajdujÄ…ca si´ wo-
w ca"ej przestrzeni aŻ do z =1. Chcąc Co mówią galaktyki radiowe? kó" ęród"a radiowego 3C324 o przesu-
uzyskaç pe"ny obraz historii powstawa- ni´ciu ku czerwieni 1.2, ma wiele wspól-
nia galaktyk, astronomowie muszÄ… wi´c Silne Ä™ród"a radiowe znajdujÄ… si´ naj- nych cech z bogatymi gromadami
równieÅ» poszukiwaç w naszym otocze- cz´Ä˜ciej w galaktykach eliptycznych, w naszym pobliÅ»u. Zawiera gorÄ…cy gaz,
niu pozosta"oĘci znikajÄ…cej populacji które obecnie uwaÅ»a si´ za stosunkowo który Ęwieci jasno w zakresie rentge-
s"abych niebieskich galaktyk . stare. MoÅ»liwe wi´c, Å»e odleg"e galak- nowskim. Na przyk"adzie tej grupy mo-
Nie uda"o si´ jeszcze okreĘliç odleg"o- tyki zawierajÄ…ce Ä™ród"a radiowe da"y Å»emy si´ przekonaç, Å»e niektóre m"ode
Ęci wi´kszoĘci galaktyk zaobserwowa- poczÄ…tek dzisiejszym galaktykom elip- gromady galaktyk mia"y niezwykle du-
nych w GPH. Nie dociera do nas bo- tycznym. Jednak po bliÅ»szym przyjrze- Żą mas´, co stanowi niema"y problem
wiem od nich wystarczajÄ…co duÅ»o niu si´ odleg"ym galaktykom radiowym dla teorii powstawania struktury we
Ęwiat"a, aby moÅ»na by"o, nawet za po- moÅ»na stwierdziç, Å»e wykazujÄ… one bar- WszechĘwiecie. Co wi´cej, gromada wo-
mocÄ… najwi´kszych teleskopów, doko- dzo niezwyk"e cechy morfologiczne kó" 3C324 zawiera galaktyki niezwykle
naç pomiaru ich przesuni´cia ku czer- i widmowe. Te dziwaczne i z"oÅ»one for- podobne do olbrzymich galaktyk elip-
wieni. W zwiÄ…zku z tym w poszuki- my widoczne sÄ… na zdj´ciach uzyska- tycznych, które znajdujÄ… si´ w pobli-
waniach galaktyk leŻących dalej niŻ z =1 nych przez Teleskop Hubble a. Wygląda skich gromadach: wytwarzają one du-
na to, Że silne ęród"o radiowe zmienia Żo Ęwiat"a czerwonego i mają proste
wyglÄ…d galaktyki, a nawet jej ewolucj´. sferoidalne kszta"ty. Jest to wskazów-
Niektóre galaktyki radiowe mogą rze- ka, Że gwiazdy w tych odleg"ych galak-
SZCZEGÓ¸OWE OBRAZY GPH ukazujÄ…
czywiĘcie byç pierwotnymi galaktyka- tykach by"y stare juÅ» wtedy, gdy wy-
niezliczone galaktyki. Wszystko, co znaj-
mi. PoniewaŻ są tak nietypowe, ich w"a- sy"a"y Ęwiat"o, które obecnie obserwu-
duje si´ w zasi´gu wzroku zarówno bli-
sko, jak i daleko, i niezaleÅ»nie od wieku snoĘci trudno obecnie zinterpretowaç. jemy. Jasne jest wi´c, Å»e musia"y po-
rzutowane jest na t´ samÄ… p"aszczyzn´ nie- MoÅ»na zatem kwestionowaç przypusz- wstaç znacznie wczeĘniej, przy wi´k-
ba. W sumie na zdj´ciach G"´bokiego Pola
czenie, Å»e by"y one przodkami obecnie szym przesuni´ciu ku czerwieni, i tam
Hubble a znaleziono oko"o 3000 s"abych ga-
istniejÄ…cych normalnych galaktyk. naleÅ»y poszukiwaç Ęladów narodzin
laktyk o niezwyk"ych kszta"tach i kolorach.
Na szcz´Ä˜cie galaktyki sÄ… towarzy- gwiazd.
ZnaczÄ…ca ich cz´Ä˜ç jest ponad miliard razy
skie i tam, gdzie znajduje si´ jednÄ…, cz´- W"asnoĘci tych galaktyk rozp´ta"y
s"absza od najs"abszego obiektu, który moŻ-
na dojrzeç go"ym okiem. sto czajÄ… si´ takÅ»e inne. Galaktyki radio- dyskusj´ nad wiekiem WszechĘwiata.
ÂWIAT NAUKI Lipiec 1997 63
Za zgodÄ… MARKA DICKINSONA
NASA; ROBERT WILLIAMS i GPH
STScI
GALAKTYKI RADIOWE 3C265 (z lewej), 3C324 (poĘrodku) i 3C368 (z prawej) wykazują szczególne cechy morfologiczne i widmowe. Ob-
razy te powsta"y w wyniku z"oÅ»enia uzyskanych przez Kosmiczny Teleskop Hubble a zdj´ç galaktyk (czerwony) oraz map radiowych
wykonanych za pomocą Very Large Array Radio Interferometer (interferometru radiowego tworzonego przez duŻy uk"ad anten) (linie
niebieskie). Silne Ä™ród"a radiowe mogÄ… znaczÄ…co zmieniç wyglÄ…d galaktyki, a nawet jej ewolucj´. Niektóre galaktyki radiowe mogÄ… byç
rzeczywiĘcie galaktykami pierwotnymi, ale dotychczas taka interpretacja nie znalaz"a potwierdzenia.
Ostatnie próby wyznaczenia tempa roz- rych obecnoĘç Ęwiadczy o ca"kowitej ab- mana pochodzÄ…cych z m"odych galak-
szerzania si´ WszechĘwiata, zwanego sorpcji promieniowania kwazara na tej tyk o duÅ»ym przesuni´ciu ku czerwie-
sta"Ä… Hubble a, wskazujÄ…, Å»e jest on d"ugoĘci fali. Oszacowane na ich pod- ni prowadzono na szerokÄ… skal´, ale do-
prawdopodobnie m"odszy niŻ dotąd stawie masy i rozmiary tych uk"adów tąd znaleziono niewiele dobrych
sądzono. Z niektórych obserwacji wy- wskazują, Że wchodzą one w sk"ad dys- przyk"adów. Prawdopodobnie dlatego,
nika, Å»e WszechĘwiat moÅ»e nawet liczyç ków lub halo galaktyk. Å»e promieniowanie to moÅ»e byç "atwo
mniej niŻ 10 mld lat, a jednak w naszej Te silne linie absorpcyjne moŻna "a- ponownie zaabsorbowane, zw"aszcza
Drodze Mlecznej znajdujÄ… si´ gwiazdy, two znaleÄ™ç przy przesuni´ciach ku w obecnoĘci py"u. Mechanizmy, które
których wiek szacuje si´ na wi´cej niÅ» czerwieni równych 3 lub wi´cej, co prowadzÄ… do wytwarzania metali w go-
10 mld lat co prowadzi do sprzeczno- oznacza, Że w m"odym WszechĘwiecie rących gwiazdach, powodują równieŻ
Ęci, gdyby zarówno dane dotyczÄ…ce sta- musia"y juÅ» istnieç galaktyki, które je powstawanie py"u, moÅ»liwe wi´c, Å»e
"ej Hubble a, jak i wieku gwiazd mia"y wytworzy"y. Zgodnie z teoriÄ… m"ode m"ode protogalaktyki t"umiÄ… w"asnÄ…
byç prawdziwe! JeĘli kosmologowie ma- galaktyki rodzÄ… si´ z ob"oków wodoru, emisj´ w linii alfa Lymana. Bez tej cha-
jÄ… wierzyç, Å»e galaktyki eliptyczne w po- w których powstaje wiele niebieskich, rakterystycznej linii bardzo trudno jest
bliÅ»u 3C324 by"y stare juÅ» przy prze- gorÄ…cych gwiazd. W procesie syntezy rozpoznaç m"ode galaktyki lub zmie-
suni´ciu ku czerwieni równym 1.2, jÄ…drowej kolejne pokolenia tych gwiazd rzyç ich przesuni´cie ku czerwieni.
problemy narastajÄ…. w ciÄ…gu swojego krótkiego Å»ycia prze- Udaje si´ to niekiedy, gdy do detek-
twarzajÄ… wodór w ci´Å»sze pierwiastki, cji tej linii emisyjnej stosuje si´ specjal-
PolujÄ…c na kwazary które astronomowie okreĘlajÄ… wspól- nie dobrane filtry. Pos"ugujÄ…c si´ tÄ…
nym mianem metali . Pierwsze gwiaz- metodą w pobliŻu odleg"ego kwazara
W poszukiwaniach pierwotnych ga- dy wybuchajÄ… nast´pnie jako super- 0000-263 (nazwa pochodzi od jego
laktyk niektórym astronomom za latar- nowe, wzbogacajÄ…c w metale okolicz- wspó"rz´dnych), dokonano niezwyk"e-
nie s"uŻą najjaĘniejsze obiekty we ne ob"oki gazu. W wyniku dzia"ania fa- go okrycia, któremu nadano niewiele
WszechĘwiecie kwazary. BiegnÄ…ce li uderzeniowej i zag´szczania si´ ob- mówiÄ…cÄ… nazw´ G2 . By"a to jedna
w przestrzeni kosmicznej Ęwiat"o odle- "oków gazowych rodzÄ… si´ nowe poko- z pierwszych wyglÄ…dajÄ…cych na zwy-
g"ego kwazara napotyka, nim dotrze do lenia gwiazd. czajne galaktyk, odkryta przy przesu-
Ziemi, ob"oki gazu, które zostawiajÄ… Zgodnie z tym modelem typowe ni´ciu ku czerwieni wi´kszym niÅ» 3. Jej
w jego widmie charakterystyczne Ęlady widmo protogalaktyki zawiera g"ów- odleg"oĘç zosta"a nast´pnie potwier-
w postaci linii absorpcyjnych. Wi´kszoĘç nie niebieskie Ęwiat"o gwiazd ze Ęlada- dzona w wyniku pomiarów spektrosko-
z tych linii widmowych jest doĘç s"aba, mi linii metali. Poza tym mogÄ… w nim powych, a dalsze obserwacje pozwoli"y
naleÅ»y wi´c przypuszczaç, Å»e wytwo- wyst´powaç silne linie emisyjne alfa odkryç kolejne galaktyki o podobnie du-
rzone zosta"y przez rozrzedzone gazy z serii Lymana, wytwarzane przez du- Å»ych przesuni´ciach ku czerwieni. Jed-
nie mające wiele wspólnego ze zwyczaj- Że iloĘci wodoru w wyniku podgrze- na z nich jest prawdopodobnie od-
nymi galaktykami. ZdarzajÄ… si´ jednak wania przez gorÄ…ce, niebieskie gwiazdy. powiedzialna za absorpcj´ linii alfa
równieÅ» szerokie i g"´bokie linie, któ- Poszukiwania linii emisyjnych alfa Ly- Lymana w widmie kwazara.
64 ÂWIAT NAUKI Lipiec 1997
NASA; NATIONAL RADIO ASTRONOMY OBSERVATORY; M. LONGAIR
University of Cambridge
Zdj´cia uzyskane za pomocÄ… Telesko- t"o ultrafioletowe, poczÄ…wszy od pewnej dzo nieliczne z tych galaktyk charakte-
pu Hubble a dostarczy"y pierwszego wy- d"ugoĘci fali. Ma to znaczący wp"yw na ryzują silne linie alfa Lymana przema-
raęnego portretu galaktyk z okresu, gdy Ęwiat"o emitowane przez m"odą galak- wiające za hipotezą, Że emisja ta moŻe
1
WszechĘwiat liczy" mi´dzy 1/10 a /4 tyk´: jej widmo jest gwa"townie obci´- byç "atwo t"umiona przez py". Wyzna-
swojego obecnego wieku. Obiekt G2 ma te , w wyniku czego powstaje w nim czanie przesuni´ç ku czerwieni bez ko-
kszta"t sferoidalny i wyglÄ…da jak m"od- charakterystyczny sk"ad barw. Gdy od- rzystania z linii emisyjnych alfa Ly-
szy, niebieski odpowiednik galaktyk leg"Ä… galaktyk´ oglÄ…da si´ przez róŻne mana jest niezwykle trudne. Mimo to
eliptycznych odkrytych w gromadzie filtry, jest ona widoczna w zakresie bar- widma uzyskane za pomocÄ… teleskopu
3C324, o której by"a mowa wczeĘniej. wy czerwonej lub zielonej, lecz znika Kecka pozwoli"y tego dokonaç w przy-
Ca"kiem moÅ»liwe, Å»e galaktyki takie jak w bliskim ultrafiolecie. padku 100 galaktyk o przesuni´ciach
G2 by"y przodkami obecnie istniejÄ…cych Nowe prace ĘwiadczÄ…, Å»e te niewi- ku czerwieni mi´dzy 2 a 3.8, z których
galaktyk eliptycznych. doczne w ultrafiolecie galaktyki wyst´- (jak na razie) oko"o 20 znajduje si´
pujÄ… niezwykle cz´sto na rejestrujÄ…cych w GPH.
Kosmiczny wyÅ» demograficzny najdalsze g"´bie WszechĘwiata zdj´- Jasne jest, Å»e spora liczba galaktyk ist-
ciach astronomicznych: widaç je wsz´- nia"a juÅ» we WszechĘwiecie, gdy mia"
Zupe"nie niedawno, dzi´ki nowym dzie na niebie, a systematyczne katalo- on zaledwie kilka miliardów lat. Znacz-
strategiom obserwacyjnym, astrono- gowanie pozwoli"o w ciÄ…gu ostatnich nie mniej oczywisty jest zwiÄ…zek tych
mom uda"o si´ odkryç prawdziwÄ… tylko dwóch lat zidentyfikowaç setki obiektów z galaktykami takimi jak Dro-
skarbnic´ galaktyk we wczesnym takich galaktyk. Ich niebieskie zabar- ga Mleczna. Czy sÄ… to d"ugo poszuki-
WszechĘwiecie. Najbardziej uŻyteczna wienie wskazuje, Że w szybkim tempie wane pierwotne galaktyki, bezpoĘredni
metoda nie polega na wykorzystaniu li- powstajÄ… w nich gwiazdy. Jednak bar- przodkowie dzisiejszych galaktyk spi-
nii emisyjnych alfa Lymana, ale pewnej
szczególnej cechy widma wspólnej
EWOLUCJA GALAKTYK post´powa"a w miar´ starzenia si´ WszechĘwiata. Obecnie (le-
wszystkim odleg"ym galaktykom. Rów- wa kolumna) wi´kszoĘç galaktyk ma kszta"t eliptyczny (u góry) lub spiralny (na dole).
nieÅ» i w tym przypadku mamy do czy- Zdj´cia uzyskane przez Kosmiczny Teleskop Hubble a, przedstawiajÄ…ce wczeĘniejsze epo-
ki historii kosmosu, gdy WszechĘwiat by" co najmniej trzy razy m"odszy niŻ teraz, uka-
nienia z gazem wodorowym, ale me-
zujÄ… obiekty podobne do dojrza"ych galaktyk eliptycznych. Ich obecnoĘç Ęwiadczy, Å»e te-
chanizm powstawania efektu jest inny.
go rodzaju galaktyki powsta"y w stosunkowo krótkim czasie po Wielkim Wybuchu.
Obficie wyst´pujÄ…cy zarówno w galak-
Galaktyki spiralne natomiast (szereg Ęrodkowy i dolny), gdy spoglądamy coraz dalej
tykach, jak i w przestrzeni mi´dzyga-
w przesz"oĘç, wydajÄ… si´ mniej regularne, co wskazuje na to, Å»e ich formowanie si´ prze-
laktycznej wodór silnie absorbuje Ęwia- biega"o stopniowo.
DZISIAJ: 14 MILIARDÓW LAT 9 MILIARDÓW LAT 5 MILIARDÓW LAT 2 MILIARDY LAT
GALAKTYKI
ELIPTYCZNE
GALAKTYKI
SPIRALNE
ÂWIAT NAUKI Lipiec 1997 65
NASA; ALAN DRESSLER
Carnegie Institution of Washington
; MARK DICKINSON; DUCCIO MACCHETTO; M. GIAVALISCO
STScI
teczny wiek dojrza"y. Scenariusz ten jest
oczywiĘcie niekompletny i nowe obser-
wacje wprowadzÄ… w nim zapewne
zmiany, ale sam fakt jego powstania do-
wodzi, jak zadziwiajÄ…cych post´pów do-
konano w obserwacyjnej kosmologii
w ciÄ…gu ostatniego dziesi´ciolecia.
Nowe kierunki badał
W jaki sposób astronomowie b´dÄ… ba-
daç w przysz"oĘci WszechĘwiat duÅ»ych
przesuni´ç ku czerwieni? JednÄ… z fascy-
nujących moŻliwoĘci jest wykorzysta-
nie zjawiska zwanego soczewkowaniem
grawitacyjnym. Polega ono na zakrzy-
wianiu, wzmacnianiu i zniekszta"caniu
S¸ABE NIEBIESKIE OBIEKTY, o rozmiarach mniejszych niÅ» galaktyki odleg"e od Ziemi
oko"o 11 mld lat Ęwietlnych, mogÄ… byç materia"em, z którego powsta"y dzisiejsze galakty- obrazów obiektów znajdujÄ…cych si´ na
ki. Teleskop Hubble a znalaz" 18 takich obiektów w pó"nocnej cz´Ä˜ci gwiazdozbioru Her- linii obserwacji za duÅ»ymi skupiskami
kulesa w pobliŻu gwiazdozbioru Smoka. Astronomowie sądzą, Że obiekty takie zderza-
masy, jak g´ste gromady galaktyk. S"a-
"y si´ i "Ä…czy"y w przesz"oĘci, tworzÄ…c olbrzymie istniejÄ…ce obecnie galaktyki.
ba galaktyka znajdujÄ…ca si´ za takÄ… gro-
madÄ… moÅ»e zostaç powi´kszona i roz-
ralnych i eliptycznych? Czy w wyniku nienia WszechĘwiata. Obraz, jaki si´ wy- ciÄ…gni´ta do postaci olbrzymiego "uku,
ich zapadni´cia si´ powsta"y pierwsze "ania z tych analiz, sugeruje, Å»e tempo który pozwala zobaczyç szczegó"y jej
pokolenia gwiazd? powstawania gwiazd wzrasta"o szybko budowy normalnie niewidoczne nawet
Na zdj´ciach GPH obiekty te sÄ… na wraz z rozszerzaniem si´ WszechĘwia- przez najlepsze teleskopy.
ogó" znacznie mniejsze niÅ» galakty- ta w ciÄ…gu pierwszych 20 30% jego hi- Dzi´ki soczewkowaniu grawitacyjne-
ki w rodzaju Drogi Mlecznej. Wiele z storii. Tempo to osiÄ…gn´"o maksimum mu odleg"e galaktyki wydajÄ… si´ rów-
nich ma jasne w´z"y i zag´szczenia gdzieĘ mi´dzy przesuni´ciem ku czer- nieÅ» znacznie jaĘniejsze, przez co ich
rozciÄ…gajÄ…ce si´ na tysiÄ…ce lat Ęwietl- wieni z = 2 a z = 1, czyli w epoce, o któ- Ęwiat"o moÅ»na "atwiej analizowaç spek-
nych cechy w"aĘciwe olbrzymim ob- rej dzisiejsze obserwacje mówią bardzo troskopowo. UŻywając takich natural-
szarom powstawania gwiazd w nie- niewiele. PoczÄ…wszy od tego czasu, nych soczewek, aby jeszcze bardziej
których pobliskich galaktykach. Licz- stopniowo spada"o. zwi´kszyç rozdzielczoĘç Kosmicznego
ne majÄ… teÅ» bliskich towarzyszy, co Obecnie we wszystkich galaktykach Teleskopu Hubble a, astronomowie uzy-
sugeruje, Å»e powstajÄ… one z po"Ä…cze- gwiazdy powstajÄ… Ęrednio z szybkoĘciÄ… skali uderzajÄ…ce obrazy "uków. Cz´Ä˜ç
nia niewielkich galaktyk lub jeszcze mniejszÄ… niÅ» 10% maksymalnej. WyglÄ…- z nich okaza"a si´ s"abymi galaktykami
mniejszych obiektów. da na to, Å»e WszechĘwiat wszed" w sta- o przesuni´ciach ku czerwieni porów-
Wed"ug jednej z teorii obiek- nywalnych z przesuni´ciami
ty takie o rozmiarach oko"o galaktyk niewidocznych w
1
/10 rozmiarów Drogi Mlecz- ultrafiolecie, o których mówi-
15
nej powsta"y pierwsze, a do- liĘmy wczeĘniej.
piero w wyniku ich "Ä…czenia Budowane obecnie telesko-
uformowa"y si´ obecnie istnie- py i instrumenty pozwolÄ… na
jÄ…ce galaktyki. Przy przesuni´- rozszerzenie przedstawionych
ciu ku czerwieni z = 3.5 g´stoĘç wyników na wi´ksze próbki
WszechĘwiata by"a 90 razy danych i wi´ksze przesuni´-
10
wi´ksza niÅ» obecnie, a wi´c cia ku czerwieni. Na wzniesie-
prawdopodobiełstwo zderzeł niach w róŻnych miejscach ku-
obiektów odpowiednio wyÅ»- li ziemskiej buduje si´ ol-
BRAK DANYCH
sze. W wyniku tych cz´stych brzymie teleskopy. W lutym
zderzeÅ‚ oraz zag´szczania si´ br. amerykaÅ‚scy astronauci
materii na skutek przyciągania powrócili do umieszczonego
grawitacyjnego galaktyki za- 5 na orbicie Teleskopu Hub-
pewne narasta"y stopniowo, aÅ» ble a i zainstalowali dwa urzÄ…-
osiÄ…gn´"y rozmiary i masy ob- dzenia, które zwi´kszÄ… jego
serwowane obecnie. moÅ»liwoĘci i stanÄ… si´ no-
¸Ä…czÄ…c dane dotyczÄ…ce po- wymi oknami na odleg"y
bliskich galaktyk z wynikami WszechĘwiat. G"´bokie Pole
otrzymanymi z g"´bokich ka- Hubble a bada równieÅ» sa-
WIELKI 5 10
talogów przesuni´ç ku czerwie- telita o nazwie European Infrar-
WYBUCH
CZAS KOSMICZNY (MILIARDY LAT)
ni i z badaniem galaktyk nie- ed Space Observatory (europej-
POWSTAWANIE GWIAZD przebiega"o w szybkim tempie
widocznych w ultrafiolecie, skie kosmiczne obserwato-
12 mld lat temu, gdy WszechĘwiat by" m"ody jak pokazano
uda"o si´ astronomom nakre- rium podczerwieni), który
na tym wykresie, sporzÄ…dzonym na podstawie obserwacji od-
Ęliç zarys historii powstawania próbkuje Ęwiat"o o wi´kszych
leg"ych galaktyk za pomocą Teleskopu Hubble a i teleskopów na-
gwiazd, poczynając od pierw- d"ugoĘciach fal, pod którego
ziemnych. Z nie znanych dotÄ…d przyczyn oko"o 9 mld lat temu
szych kilku miliardów lat ist- tempo powstawania gwiazd zacz´"o gwa"townie spadaç. postaciÄ… odleg"e, bogate w py"
66 ÂWIAT NAUKI Lipiec 1997
NASA; ROGIER WINDHORST i SAM PASCARELLE
Arizona State University
WZGLóDNE TEMPO POWSTAWANIA GWIAZD
NASA; P. MADAU i J. GITLIN
STScI
SOCZEWKOWANIE GRAWITACYJNE umoŻliwi"o kosmologom obserwacje szczegó"ów s"abych galaktyk. Liczne niebieskie zakrzywio-
ne obiekty na powyÅ»szym zdj´ciu sÄ… wielokrotnymi obrazami tej samej odleg"ej galaktyki. Úó"te galaktyki: eliptyczna i spiralna zgrupo-
wane w Ęrodku zdj´cia, nazwane 0024+1654 ze wzgl´du na swe po"oÅ»enie na niebie, wytwarzajÄ… niezwykle silne pole grawitacyjne. Za-
krzywia ono drog´ Ęwiat"a, obrazy obiektów znajdujÄ…cych si´ z ty"u ulegajÄ… wi´c zniekszta"ceniu, powi´kszeniu lub zwielokrotnieniu.
galaktyki mogÄ… wysy"aç znacznÄ… cz´Ä˜ç szych planach National Aeronautics and wania i badania obiektów w odleg"ym
swojej energii. Space Administration (NASA) jest pro- WszechĘwiecie astronomowie mają na-
Stany Zjednoczone planujÄ… natomiast jekt nast´pcy Teleskopu Hubble a tele- dziej´ si´gnÄ…ç wystarczajÄ…co g"´boko,
umieszczenie na orbicie w"asnego no- skopu kosmicznego nast´pnej genera- by opisaç ewolucj´ galaktyk, a przynaj-
woczesnego teleskopu do obserwacji cji, który móg"by badaç najwczeĘniejsze mniej odkryç kilka tajemnic zwiÄ…zanych
w podczerwieni, zwanego Space Infrar- stadia historii galaktyk. Dzi´ki tym in- z ich powstaniem.
ed Telescope Facility (teleskop kosmicz- strumentom, a zw"aszcza pomys"owoĘci
T"umaczyli
ny do obserwacji podczerwieni). W dal- w tworzeniu nowych technik wyszuki- Ewa L. ¸okas i Bogumi" Bieniok
Informacje o autorach Literatura uzupe"niajÄ…ca
F. DUCCIO MACCHETTO i MARK DICKINSON sÄ… pracownika- THE FARTHEST THINGS IN THE UNIVERSE. Jay M. Pasachoff, Hyron Spinrad,
mi Space Telescope Science Institute w Baltimore (Maryland) w Sta- Patrick S. Osmer i Edward Cheng; Cambridge University Press, 1994.
nach Zjednoczonych. Macchetto jest tam dyrektorem ds. progra- A SHORT HISTORY OF THE UNIVERSE. Joseph Silk. Scientific American Library;
mów naukowych obejmujÄ…cych m.in. misj´ Kosmicznego Teleskopu W. H. Freeman and Company, 1994.
Hubble a. Jako cz"onek ESA (Europejskiej Agencji Kosmicznej) bra" FAINT BLUE GALAXIES. Richard S. Ellis, Annual Review of Astronomy and Astro-
udzia" w realizacji projektu z ramienia tej organizacji i nadzoro- physics, vol. 35, 1997 (w druku).
wa" projektowanie Faint Object Camera (aparatu do zdj´ç s"abych Hubble Deep Field (STScI) strona internetowa w World Wide Web
obiektów), który zosta" umieszczony na pok"adzie Teleskopu Hub- dost´pna pod adresem: http:/www.stsci.edu/ftp/science/hdf/hdf.html
ble a. Dickinson jest obecnie stypendystÄ… Alan C. Davis Postdoc- PIERWSZE TRZY MINUTY, Steven Weinberg; Iskry, Warszawa 1980.
toral Fellowship w John Hopkins University i w Space Telescope KRÓTKA HISTORIA WSZECHÂWIATA, Joseph Silk; PrószyÅ‚ski i S-ka, Warsza-
Science Institute, gdzie wczeĘniej otrzyma" Aura Fellowship. wa 1997.
ÂWIAT NAUKI Lipiec 1997 67
NASA; N. COLLEY i E. TURNER
Princeton University
; J. A. TYSON
Bell Labs, Lucent Technologies
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
TI 97 07 24 N plTI 97 07 23 N pl97 07 HOH i pozaziemskie zycieTI 97 07 23 N pl(1)Wszechświat i galaktyki07 Charakteryzowanie budowy pojazdów samochodowych9 01 07 drzewa binarne02 07więcej podobnych podstron