Teleskop Keck odkrywa obłoki pierwotnego gazu

Teleskop Keck odkrywa obłoki pierwotnego gazuOriginal Press Release
Astronomowie badający głęboki kosmos za pomocą 10 metrowego teleskopu Obserwatorium W.

Pomimo dziesięcioleci starań, mających na celu odnalezienie we Wszechświecie materii nie wzbogaconej w metale jak dotąd natura nie pozwalała przekroczyć dolnego limitu wzbogacania wynoszącego jedną tysięczną tego, co znajdujemy na Słońcu. Odkryte obłoki są co najmniej 10 krotnie uboższe i są najbardziej pierwotnym gazem odkrytym jak dotąd we Wszechświecie

J. Xavier Prochaska
U.C. Santa Cruz

„Pomimo dziesięcioleci starań, mających na celu odnalezienie we Wszechświecie materii nie wzbogaconej w metale jak dotąd natura nie pozwalała przekroczyć dolnego limitu wzbogacania wynoszącego jedną tysięczną tego, co znajdujemy na Słońcu „- mówi J. Xavier Prochaska, astronom z Uniwerstyetu Kalifornia Santa Cruz (USCS). -” Odkryte obłoki są co najmniej 10 krotnie uboższe i są najbardziej pierwotnym gazem odkrytym jak dotąd we Wszechświecie.” Prochaska jest współautorem publikacji prezentującej odkrycie. Współautorami są Michele Fumagalli z UC Santa Cruz i John O'Meara z College Saint Michael w Vermont.

„Dokładnie szukaliśmy tlenu, węgla, azotu i krzemu – rzeczy, które powszechnie występuję na Ziemi i Słońca „- dodaje Fumagalli. -„Nie znaleźliśmy śladu czegokolwiek innego niż wodór i deuter.”

Samo odkrycie tak ciemnego, zimnego i rozproszonego obłoku gazu oddalonego o około 12 miliardów lat świetlnych jest historią samą w sobie.

„W tym celu musieliśmy posłużyć się sztuczką”- mówi Prochaska. -„Badamy obłok prześwietlając go.” Leżące dalej kwazary dostarczyły światła, które przechodząc przez gaz było pochłaniane w bardzo specyficznych długościach fal, co można stwierdzić poprzez rozszczepienie światła i uzyskanie szczegółowego widma, odsłaniającego ciemne linie brakujących długości. Innymi słowy, jak wyjaśnia Fumagalli -” Cała analiza opiera się na świetle, które do nas nie dotarło.” Obłoki pochłaniają tylko niewielki ułamek światła kwazarów docierającego do Ziemi. -„Ale ślady absorpcji wodoru są oczywiste, więc nie ma wątpliwości, że jest tam dużo gazu”.

Obłoki pierwotnego gazu to dobra wiadomość dla astronomów, ponieważ potwierdzają one teorie dotyczące powstania w Wielkim Wybuchu pierwszych pierwiastków. Wodór, hel, lit i bor to najlżejsze pierwiastki i wszystkie one po raz pierwszy powstały w trakcie nukleosyntezy związanej z Wielkim Wybuchem (BBN – Big Bang nucleosynthesis).

„Ta teoria została bardzo dobrze sprawdzona przez teleskop Keck w odniesieniu do wodoru i deuteru”- mówi O'Meara. -„Jedną z zagadek wcześniejszych prac było to, że odkrywane obłoki gazu zawierały przynajmniej śladowe ilości tlenu i węgla. Obłoki, które teraz odkryliśmy, są pierwszymi w pełni zgodnymi z prognozami hipotezy BBN „.

Odkrycie pokazuje również, jak odmienny od współczesnego był wczesny Wszechświat – dziś trudno jest znaleźć miejsca wolne od metali produkowanych przez kolejne pokolenia reaktorów termojądrowych – gwiazd.

„Odkryliśmy, że w tamtym czasie we Wszechświecie zakres metaliczności różnych jego regionów mógł różnić się o rząd miliarda”- mówi Fumagalli. Innymi słowy, są tam miejsca, takie jak Układ Słoneczny – bogate w metale – a jednocześnie miejsca, gdzie metale nadal praktycznie nie istnieją a gaz nie uległ zmianom od początku czasu.

Źródła:

The Belly of the Cosmic Whale

Two clumps of primordial gas from the dawn of time have been detected in deep space by astronomers using the 10-meter telescopes at the W. M. Keck Observatory.

The gas clouds are too diffuse to form stars and show virtually no signs of containing any “metals,” which is astronomer-speak for all elements heavier than hydrogen and helium – the two simplest and lightest elements in the universe. In fact the only elements astronomers have detected in the clouds are hydrogen and its heavier isotope, deuterium.

The lack of metals strongly suggests that the gases are reservoirs of the pristine material left over from the Big Bang. Because stars fuse atoms to make heavier elements, these gases have never been involved in any star making in the 2 billion years between the Big Bang and their discovery.  In other words, they are the remnant gases that are unchanged since they were created in the first few minutes after the Big Bang.

“Despite decades of effort to find anything metal-free in the universe, Nature has previously set a limit to enrichment at no less than one-thousandth that found in the Sun,” said astronomer J. Xavier Prochaska of the University of California Observatories-Lick Observatory, U.C. Santa Cruz. “These clouds are at least 10 times lower than that limit and are the most pristine gas discovered in our universe.”

Prochaska has coauthored a paper reporting on the discovery with Michele Fumagalli of the U.C. Santa Cruz and John O’Meara of Saint Michael’s College in Vermont. The paper is scheduled to be published by the journal Science, on the Science Express website (http://www.sciencexpress.org) on Nov. 10.

“We’ve searched carefully for oxygen, carbon, nitrogen and silicon – the things that are found on Earth and the Sun in abundance,” Fumagalli said. “We don’t find a trace of anything other than hydrogen and deuterium.”

Exactly how they can detect dark, cold, diffuse gas about 12 billion light-years away is a story in itself.

“In this case we actually have to do a bit of a trick,” Prochaska explained. “We study the gas in silhouette.” A more distant quasar provides the light for this. The quasar light shines though the gas and the elements in the gas absorb very specific wavelengths of light, which can only be found by splitting the light into very detailed spectra to reveal the dark lines of missing light.

In other words, said Fumagalli, “All of the analysis is on the light we didn’t get.”  The clouds absorb only a small fraction of the quasar light that makes it to Earth. “But the signatures of hydrogen absorption are obvious, so there’s no doubt there’s a lot of gas there.”

The blobs of pristine gas are good news to astronomers because they are confirmation of the theory of what the first elements were and how they were created in the Big Bang.  Hydrogen, helium, lithium and boron are the lightest elements on the periodic table of elements and they were all created for the first time in what’s called the Big Bang nucleosynthesis (BBN).

“That theory has been very well tested at Keck as regards to hydrogen and its isotope deuterium,” said O’Meara. “One of the conundrums of that previous work, however, is that the gas also showed at least trace amounts of oxygen and carbon. The clouds that we have discovered are the first to match the full predictions of BBN.”

The discovery also reveals how different the early universe was from today – where it’s very hard to find any place without some “metals” caused by generations of element-building fusion reactors, a.k.a. stars.

“What excites me about this discovery is that there is an almost a range of 1,000,000 in the metallicity in gases at that time in the universe,” said Fumagalli. In other words, there were places like our Solar system – where metals are very abundant – and there were also places very unlike today, where metals were still virtually non-existent and the gases were unchanged since almost the beginning of time.

The W. M. Keck Observatory operates two 10-meter optical/infrared telescopes on the summit of Mauna Kea on the Big Island of Hawaii. The twin telescopes feature a suite of advanced instruments including imagers, multi-object spectrographs, high-resolution spectrographs, integral-field spectroscopy and a world-leading laser guide star adaptive optics system which cancels out much of the interference caused by Earth’s turbulent atmosphere. The Observatory is a private 501(c) 3 non-profit organization and a scientific partnership of the California Institute of Technology, the University of California and NASA.

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *