16
ÂWIAT NAUKI LISTOPAD 2004
pano
rama
R.
J. BOUWENS i in
.;
astro
-ph/0409488
W
kosmologii „daleko” znaczy tyle sa-
mo co „dawno temu”. Za pomocà
Kosmicznego Teleskopu Hubble’a
astronomowie postanowili si´gnàç do naj-
dalszych obiektów dostrzegalnych w Êwie-
tle widzialnym, a tym samym do epoki, w
której galaktyki dopiero zaczyna∏y si´
formowaç. Wybrali w tym celu skrawek
nieba, którego nie przes∏aniajà ob∏oki
materii mi´dzygwiazdowej i w którym pra-
wie nie ma gwiazd. Skrawek ów, nazwany
Ultrag∏´bokim Polem Hubble’a (HUDF –
Hubble Ultra Deep Field), le˝y w gwiazdo-
zbiorze Pieca, widocznym teraz u nas nisko
nad po∏udniowym horyzontem po godzinie
22:00. Ma wielkoÊç dziesi´ciogroszówki oglà-
danej z odleg∏oÊci 25 m, a jego powierzchnia
jest nie wi´ksza ni˝ 1% tarczy ksi´˝yca w
pe∏ni. W okresie od 24 grudnia 2003 roku
do 16 stycznia 2004 roku Hubble wpatrywa∏
si´ w to niewielkie poletko ∏àcznie przez po-
nad 11 dób.
W planowaniu i opracowywaniu obser-
wacji bra∏o udzia∏ ponad 20 astronomów w
kilku zespo∏ach badawczych. BezpoÊrednim
rezultatem ich wysi∏ków jest zdj´cie „skraju
WszechÊwiata” [ilustracja na sàsiedniej
stronie], na którym widaç obiekty Êwiecàce
o wiele s∏abiej ni˝ t∏o najciemniejszego i naj-
czystszego nieba na Ziemi. W komputero-
wych symulacjach ewolucji struktury
WszechÊwiata „dojrza∏e” galaktyki powstajà
poprzez zlewanie si´ niewielkich obiektów
protogalaktycznych. Obserwacje HUDF po-
twierdzajà ten scenariusz – na tym niewiel-
kim obszarze Hubble znalaz∏ kilkadziesiàt
takich protogalaktyk. Ich Êwiat∏o bieg∏o do
nas przez oko∏o 13 mld lat, co oznacza, ˝e
zacz´∏y Êwieciç zaledwie kilkaset milionów
lat po Wielkim Wybuchu.
Przez mniej wi´cej 400 tys. lat po Wiel-
kim Wybuchu WszechÊwiat by∏ praktycznie
w ca∏oÊci zjonizowany (nie istnia∏y atomy, a
jàdra atomowe i elektrony porusza∏y si´ nie-
zale˝nie od siebie). Z chwilà gdy jego tem-
peratura obni˝y∏a si´ do 3000 K, elektrony
do∏àczy∏y do jàder i od tej pory przez kil-
kaset milionów lat na „zwyk∏à” materi´ znaj-
dujàcà si´ we WszechÊwiecie sk∏ada∏y si´
wy∏àcznie neutralne atomy. (Zwyk∏a mate-
ria stanowi tylko oko∏o 4% zawartoÊci
WszechÊwiata. Oko∏o 23% przypada na ciem-
nà materi´, która manifestuje swe istnienie
jedynie za poÊrednictwem przyciàgania gra-
witacyjnego, z jakim oddzia∏uje na materi´
zwyk∏à, pozosta∏e zaÊ 73% – na ciemnà ener-
gi´, która jest odpowiedzialna za przyÊpiesza-
nie ekspansji WszechÊwiata).
Nie wiadomo dok∏adnie, kiedy rozb∏ys∏y
pierwsze gwiazdy. Dane z satelity WMAP
wskazujà, ˝e nastàpi∏o to nie póêniej ni˝
400 mln lat (byç mo˝e zaledwie 100 mln lat)
po Wielkim Wybuchu [patrz: Stanis∏aw
Bajtlik „Kosmiczna kartografia”; Âwiat
Nauki,
KOSMOS ZNANY I NIEZNANY
, Wydanie
specjalne nr 2/2003]. Jedno jest pewne: z
tà chwilà warunki we WszechÊwiecie za-
cz´∏y si´ szybko zmieniaç. Pojawi∏y si´ wy-
sokoenergetyczne fotony, które ponownie
rozbi∏y atomy na elektrony i jàdra atomo-
we, a spokojnà do tej pory materià wstrzà-
sn´∏y generowane w gwiazdach fale ude-
rzeniowe. Rozpocz´∏a si´ epoka powtórnej
jonizacji, w której uformowa∏a si´ wi´k-
szoÊç istniejàcych do dziÊ galaktyk. Dalekie
obiekty odkryte w HUDF sà êród∏em pierw-
szych wiarygodnych informacji o tym nie-
zwykle ciekawym epizodzie w dziejach
WszechÊwiata.
Chyba najwa˝niejszym wynikiem analizy
HUDF jest wykres obrazujàcy, w jaki spo-
sób z up∏ywem czasu zmienia∏o si´ we
WszechÊwiecie tempo procesów gwiazdo-
twórczych [wykres z lewej]. Widaç na nim
wyraênie, ˝e procesy te zaktywizowa∏y si´
kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu
i zaraz potem zwi´kszy∏y swà wydajnoÊç
niemal dziesi´ciokrotnie. Tempo powstawa-
nia gwiazd ros∏o jeszcze przez nast´pne
4 mld lat, a od mniej wi´cej 8 mld lat nie-
przerwanie maleje.
Wyglàda na to, ˝e miliard lat po Wielkim
Wybuchu WszechÊwiat by∏ scenà bar-
dzo gwa∏townych zdarzeƒ, które m.in. do-
prowadzi∏y do powstania supermasywnych
czarnych dziur znajdujàcych si´ dziÊ w
K
OSMOL
OGIA
Dalekie Êwiat∏a kosmosu
ASTRONOMOWIE ODKRYLI OBIEKTY POWSTA¸E 13 MLD LAT TEMU. MICHA¸ RÓ˚YCZKA
PROCESY GWIAZDOTWÓRCZE
zaktywizowa∏y si´, gdy
WszechÊwiat mia∏ kilkaset
milionów lat. Ich wydajnoÊç
osiàgn´∏a maksimum 8 mld lat
temu i od tej pory nieustannie
maleje. Wykres przedstawia
tempo powstawania gwiazd
we WszechÊwiecie w funkcji
czasu, jaki up∏ynà∏ od Wielkiego
Wybuchu. Na osi pionowej
od∏o˝ono logarytm masy gwiazd,
które w ciàgu roku powstajà
w obj´toÊci megaparseka
szeÊciennego.
Przez oko∏o 400 tys. lat po
Wielkim Wybuchu WszechÊwiat
by∏ niemal jednorodny: g´stoÊç
zwyk∏ej materii fluktuowa∏a
w nim w granicach ±0.01% swej
wartoÊci Êredniej. Wa˝nà rol´
odgrywa∏y pierwotne fotony,
powsta∏e w bardzo wczesnej
epoce, w której czàstki elementarne
anihilowa∏y z odpowiadajàcymi
im antyczàstkami. Dopóki materia
by∏a zjonizowana, jej sprz´˝enie
z fotonami by∏o bardzo silne.
Zag´szczenia pojawia∏y si´,
by za chwil´ zniknàç pod wp∏ywem
ciÊnienia promieniowania.
Promieniowanie przesta∏o
oddzia∏ywaç z materià dopiero
wtedy, gdy elektrony po∏àczy∏y si´
z jàdrami atomowymi w neutralne
atomy. Przy braku ciÊnienia
niejednorodnoÊci zacz´∏y szybko
narastaç pod wp∏ywem grawitacji.
W zag´szczeniach materia
stawa∏a si´ coraz g´stsza,
w rozrzedzeniach – coraz rzadsza.
Po kilkuset milionach lat
zag´szczenia mia∏y ju˝ tak
du˝à mas´, ˝e zapadajàc si´
pod w∏asnym cià˝eniem, da∏y
poczàtek pierwszym gwiazdom
i pierwszym galaktykom.
JAK POWSTAWA¸Y
GALAKTYKI
1 Mpc (megaparsek) to 3.26 mln lat Êwietlnych;
masa gwiazd jest mierzona w masach S∏oƒca (M ).
