This image of the Hubble Ultra-Deep Field is a small part of the deepest infrared image ever taken of the universe. The small blue box outlines the area where astronomers found what may be the most distant galaxy ever seen, 13.2 billion light-years away, meaning its light was emitted just 480 million years after the Big Bang. It is small and very faint and is shown separately in the larger box. The galaxy is shown as blue because it emitted very blue light due to its high rate of star birth, although by the time the light reached Hubble it had been stretched into the infrared by the expansion of space, giving it a redshift value of about 10. Its official name is UDFj-39546284, but astronomers refer to it as the "redshift 10 galaxy candidate." (Credit: NASA, ESA, Garth Illingworth (University of California, Santa Cruz) and Rychard Bouwens (University of California, Santa Cruz and Leiden University) and the HUDF09 Team)
Astronomers have pushed NASA's Hubble Space Telescope to it limits by finding what they believe to be the most distant object ever seen in the universe -- at a distance of 13.2 billion light years, some 3% of the age of universe. This places the object roughly 150 million light years more distant than the previous record holder. The observations provide the best insights yet into the birth of the first stars and galaxies and the evolution of the universe.
The research is published Jan. 27, 2011, in the journal Nature.
The dim object is a compact galaxy made of blue stars that existed only 480 million years after the Big Bang. It is tiny. Over one hundred such mini galaxies would be needed to make up our Milky Way.
Co-author Ivo Labbé of the Carnegie Observatories puts the findings into context: "We are thrilled to have discovered this galaxy, but we're equally surprised to have found only one. This tells us that the universe was changing very rapidly in early times."
Previous searches had found 47 galaxies at somewhat later times, when the universe was about 650 million years old. The rate of star birth therefore increased by about ten times in the interval from 480 million years to 650 million years. "This is an astonishing increase in such a short period, happening in just 1% of the age of the universe," says Labbé.
"These observations provide us with our best insights yet into the earliest primeval objects yet to be found," adds Rychard Bouwens of the University of Leiden in the Netherlands.
Astronomers don't know exactly when the first stars appeared in the universe, but every step back in time takes them deeper into the early universe's "formative years" when stars and galaxies were just beginning to emerge in the aftermath of the Big Bang.
"We're moving into a regime where there are big changes afoot. And what it tells us is that if we go back another couple hundred million years toward the Big Bang we'll see absolutely dramatic things happening. That will be the time where the first galaxies really are starting to get built up," says Garth Illingworth of the University of California at Santa Cruz.
The even more distant proto galaxies will require the infrared vision of NASA's James Webb Space Telescope, which is the successor to Hubble, and next-generation ground-based telescopes, such as the Giant Magellan Telescope. These new facilities, planned for later this decade, will provide confirming spectroscopic measurements of the tremendous distance of the object being reported.
After over a year of detailed analysis, the galaxy was positively identified in the Hubble Ultra Deep Field -- Infrared (HUDF-IR) data taken in the late summer of both 2009 and 2010. These observations were made with the Wide Field Planetary Camera 3 (WFPC3) starting just a few months after it was installed into the Hubble Space Telescope in May of 2009, during the last NASA space shuttle servicing mission to Hubble.
The object appears as a faint dot of starlight in the Hubble exposures. It is too young and too small to have the familiar spiral shape that is characteristic of galaxies in the local universe, such as the Milky Way. Though individual stars can't be resolved by Hubble, the evidence suggests that this is a compact galaxy of hot stars that first started to form over 100 to 200 million years earlier in a pocket of dark matter.
The proto galaxy is only visible at the farthest infrared wavelengths observable by Hubble. This means that the expansion of the universe has stretched its light farther that any other galaxy previously identified in the HUDF-IR, to the very limit of Hubble's capabilities.
Astronomers plumb the depths of the universe by measuring how much the light from an object has been stretched by the expansion of space. This is called redshift value or "z." Before Hubble was launched, astronomers could only see galaxies out to a z approximately 1, corresponding to 6 billion years after the Big Bang. The Hubble Deep Field taken in 1995 leapfrogged to z=4, or roughly 90 percent of the way back to the beginning of time. The new Advanced Camera and the Hubble Ultra Deep Field pushed back the limit to z~6 after the 2002 servicing mission. Hubble's first infrared camera, the Near Infrared Camera and Multi Object Spectrometer reached out to z=7. The WFC3/IR reached back to z~8, and now plausibly has penetrated for the first time to z=10 (about 500 million years after the Big Bang). The Webb Space Telescope is expected to leapfrog to z~15, and possibly beyond. The very first stars may have formed between z of 30 to 15, or 100 to 250 million years post Big Bang.
The hypothesized hierarchical growth of galaxies -- from stellar clumps to majestic spirals -- didn't become evident until the Hubble Space Telescope deep field exposures. The first 500 million years of the universe's existence, from a z of 1000 to 10 is now the missing chapter in the hierarchical growth of galaxies. It's not clear how the universe assembled structure out of a darkening, cooling fireball of the Big Bang. As with a developing embryo, astronomers know there must have been an early period of rapid changes that would set the initial conditions to make the universe of galaxies that exist today. Astronomers eagerly await the new space and ground-based telescopes to find out!
Traduzione e adattamento a cura di Arthur McPaul
Scoperto l'oggetto più distante grazie al telescopio spaziale Hubble
Gli astronomi della NASA hanno spinto il telescopio spaziale Hubble oltre i suoi limiti scovando quello che riteniamo essere l'oggetto più distante mai visto nell'universo ad distanza di 13,2 miliardi di anni luce, cioè circa il 3% di l'età dell'Universo. Questo pone l'oggetto a circa 150 milioni di anni luce più lontano rispetto al precedente detentore del record. Le osservazioni forniscono le migliori intuizioni sulla nascita delle prime stelle e galassie e sull'evoluzione dell'Universo.
L'oggetto in questione è una galassia compatta fatta di stelle blu che esistevano solo 480 milioni di anni dopo il Big Bang. E 'molto piccolo e per costituire una galassia come la nostra Via Lattea, ne sarebbero necessarie almeno un centinaio.
Il co-autore Ivo Labbé dell'Osservatori Carnegie ha detto:"Siamo entusiasti di aver scoperto questa galassia, ma siamo altrettanto sorpresi di averne trovata una sola. Questo ci dice che l'Universo stava cambiando molto rapidamente durante la sua prima evoluzione".
Ricerche precedenti avevano trovato 47 galassie, quando l'universo era di circa 650 milioni di anni. Il tasso di natalità delle stelle è quindi aumentata di circa dieci volte nell'intervallo che va da 480 milioni anni a 650 milioni di anni. "Si tratta di un aumento sorprendente in un periodo così breve, che accade in appena l'1% l'età dell'Universo", spiega Labbé.
"Queste osservazioni ci offrono migliori intuizioni sugli oggetti antichi primordiali ancora da trovare", aggiunge Rychard Bouwens dell'Università di Leiden in Olanda.
Gli astronomi non sanno esattamente quando sono apparse le prime stelle nell'Universo, ma ogni passo indietro nel tempo ci porta più in profondità quando le stelle e le galassie erano appena iniziate ad emergere in seguito al Big Bang.
"Ci stiamo muovendo in un regime in cui ci sono grandi cambiamenti in corso e presto vedremo cose assolutamente drammatiche. Quello sarà il momento in cui le prime galassie si stavano davvero iniziando a costruire", spiega Garth Illingworth dell'Università della California a Santa Cruz.
Le proto galassie ancora più distanti richiederanno la visione ai raggi infrarossi del James Webb Space Telescope, che sarà il successore di Hubble, e i telescopi di nuova generazione da terra, come il Giant Magellan Telescope. Questi nuovi impianti, previsti per i prossimi dieci anni, forniranno la conferma e le misure spettroscopiche della distanza di tali oggetti distanti.
Dopo oltre un anno di analisi, la galassia è stato identificata con la Ultra Deep Field di Hubble ad infrarossi (HUDF-IR) tra i dati ricavati nella tarda estate del 2009 e del 2010. Queste osservazioni sono state fatte con la Wide Field Planetary Camera 3 (WFPC3) pochi mesi dopo che era stata installata, cioè nel maggio del 2009, durante l'ultima missione dello Space Shuttle della NASA per la manutenzione di Hubble.
L'oggetto appare come un debole punto di luce stellare. Troppo giovane e troppo piccolo per avere la forma familiare a spirale che è caratteristica di galassie nell'universo locale, come la Via Lattea. Sebbene le singole stelle non possono essere risolte da Hubble, l'evidenza suggerisce che questa è una galassia compatta di stelle calde che si deve essere iniziata a formare dai 100 ai 200 milioni di anni prima in una tasca di materia oscura.
La proto galassia è visibile solo nella parte a più lunghezze d'onda infrarosse osservabili da Hubble. Ciò significa che l'espansione dell'Universo ha allungato la sua luce più che qualsiasi altra galassia precedentemente individuata nella HUDF IR, al limite della capacità di Hubble.
Gli astronomi scandagliano le profondità del cosmo misurando la quantità di luce da un oggetto che è stato allungato con l'espansione dello spazio. Questo viene chiamato redshift o valore "Z". Prima di Hubble, gli astronomi hanno potuto vedere solo le galassie con un Z di circa 1, corrispondenti a 6 miliardi di anni dopo il Big Bang. L'Hubble Deep Field adottato nel 1995, ha fatto balzare il valore di Z = 4, pari a circa il 90 per cento della strada verso l'inizio del tempo. La nuova Advanced Camera e l'Hubble Ultra Deep Field ha rinviato il limite per Z ~ 6.
La prima fotocamera ad infrarossi di Hubble, la Near Infrared Camera e il Multi Object Spectrometer allungò Z a 7. Il WFC3/IR ha raggiunto Z ~ 8, e ora è plausibilmente penetrato per la prima volta a Z = 10 (circa 500 milioni di anni dopo il Big Bang). Con il Webb Space Telescope si prevede di saltare a Z ~ 15, e forse oltre. Le prime stelle potrebbero risalire a Z da oltre 15 fino a 30, o 100-250,000,000 anni dopo il Big Bang.
Non è chiaro come l'Universo sia uscito dalla fase di esplosione, ma gli astronomi ipotizzano che ci deve essere stato un primo periodo di rapidi cambiamenti che avrebbe fissato le condizioni iniziali per rendere l'Universo ricco galassie come le vediamo oggi. Gli astronomi attendono con impazienza i nuovi telescopi spaziali e terrestri per scoprirlo!
La ricerca è pubblicata il 27 gennaio 2011 sulla rivista Nature.
Foto in alto:
Questa immagine della Hubble Ultra Deep Field, è una piccola parte della più profonda immagine ad infrarosso mai ripreso dell'Universo. La piccola scatola blu delinea l'area in cui astronomi hanno scoperto quello che potrebbe essere la galassia più distante mai vista, a 13.2 miliardi di anni luce di distanza, il che significa la sua luce è stata emessa solo 480.000 mila anni dopo il Big Bang. E' piccola e molto leggera ed è indicata separatamente nella casella più grande. La galassia è indicato come blu perché la luce emessa è molto azzurro grazie al suo alto tasso di nascita stellare, anche se per il momento la luce raggiunto Hubble era stato allungato nell'infrarosso con l'espansione dello spazio, dandogli un valore di redshift di circa 10 . Il suo nome ufficiale è UDFj-39546284, ma gli astronomi si riferiscono ad essa come il "redshift 10 galaxy candidate". (Credit: NASA, ESA, Garth Illingworth (University of California, Santa Cruz) and Rychard Bouwens (University of California, Santa Cruz and Leiden University) and the HUDF09 Team)
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