Źródło zdjęcia: Hubble
Międzynarodowy zespół astronomów zebrał dowody, że galaktyki powstały bardzo szybko po Wielkim Wybuchu. Oznacza to, że mają one tylko 1,5 miliarda lat, czas, gdy Wszechświat miał zaledwie 10% swojego obecnego wieku. Uważa się, że gromady te powstały tak szybko, ponieważ obszary te były niesamowicie gęste od materiału.
Patrząc wstecz w czasie prawie 9 miliardów lat, międzynarodowy zespół astronomów znalazł dojrzałe galaktyki w młodym wszechświecie. Galaktyki należą do gromady galaktyk, która istniała, gdy wszechświat miał zaledwie 5 miliardów lat, czyli około 35 procent jego obecnego wieku. Ten przekonujący dowód, że galaktyki musiały zacząć się formować tuż po Wielkim Wybuchu, został wzmocniony obserwacjami dokonanymi przez ten sam zespół astronomów, gdy spojrzeli jeszcze bardziej w przeszłość. Zespół odkrył zarodkowe galaktyki zaledwie 1,5 miliarda lat po narodzinach kosmosu, czyli 10 procent obecnego wieku wszechświata. „Małe galaktyki” znajdują się w wciąż rozwijającej się gromadzie, najodleglejszej gromadzie w historii.
Zaawansowana kamera do badań (ACS) na pokładzie Kosmicznego Teleskopu Hubble'a NASA została wykorzystana do obserwacji masywnej gromady, RDCS 1252.9-2927 oraz protoklasty, TN J1338-1942. Obserwacje przeprowadzone przez NASA Chandra X-ray Observatory dało masową i ciężką zawartość pierwiastków w RDCS 1252, najbardziej masywnym znanym gromadzie dla tej epoki. Obserwacje te są częścią skoordynowanego wysiłku zespołu naukowego ACS w celu śledzenia powstawania i ewolucji gromad galaktyk w szerokim zakresie czasu kosmicznego. ACS został zbudowany specjalnie do badań takich odległych obiektów.
Odkrycia te dodatkowo wspierają obserwacje i teorie, że galaktyki powstały stosunkowo wcześnie w historii kosmosu. Istnienie takich masywnych gromad we wczesnym wszechświecie zgadza się z modelem kosmologicznym, w którym gromady powstają z połączenia wielu podklastrów we wszechświecie zdominowanym przez zimną ciemną materię. Jednak dokładna natura zimnej ciemnej materii wciąż nie jest znana.
Pierwsze badanie Hubble'a oszacowało, że galaktyki w RDCS 1252 uformowały masę swoich gwiazd ponad 11 miliardów lat temu (przy przesunięciach ku czerwieni większych niż 3). Wyniki zostały opublikowane w numerze Astrophysical Journal z 20 października 2003 r. Głównym autorem artykułu jest John Blakeslee z Johns Hopkins University w Baltimore, MD.
Drugie badanie Hubble'a po raz pierwszy ujawniło proto gromadę „galaktyk niemowlęcych”, które istniały ponad 12 miliardów lat temu (przy przesunięciu ku czerwieni 4.1). Galaktyki te są tak młode, że astronomowie wciąż widzą powstającą w nich lawinę gwiazd. Galaktyki są zgrupowane wokół jednej dużej galaktyki. Wyniki zostaną opublikowane w numerze Nature z 1 stycznia 2004 roku. Głównym autorem artykułu jest George Miley z Obserwatorium Leiden w Holandii.
„Do niedawna ludzie nie sądzili, że gromady istnieją, gdy wszechświat ma zaledwie około 5 miliardów lat” - wyjaśnił Blakeslee.
„Nawet gdyby istniały takie gromady” - dodała Miley - „do niedawna astronomowie uważali, że prawie niemożliwe jest znalezienie gromad istniejących 8 miliardów lat temu. W rzeczywistości nikt tak naprawdę nie wiedział, kiedy zaczęło się grupowanie. Teraz możemy być tego świadkami. ”
Oba badania doprowadziły astronomów do wniosku, że układy te są progenitorami obserwowanych obecnie gromad galaktyk. „Gromada RDCS 1252 wygląda jak współczesna gromada” - powiedział Marc Postman z Space Telescope Science Institute w Baltimore, MD i współautor obu artykułów naukowych. „W rzeczywistości, gdyby umieścić go obok współczesnego gromady, nie wiedziałbyś, który jest który”.
Opowieść o dwóch klastrach
Jak galaktyki mogą rosnąć tak szybko po Wielkim Wybuchu? „Jest to przypadek wzbogacenia się bogatych” - powiedział Blakeslee. „Gromady te szybko rosły, ponieważ znajdują się w bardzo gęstych regionach, więc jest wystarczająco dużo materiału, aby bardzo szybko zbudować galaktyki członkowskie”.
Pomysł ten został wzmocniony przez obserwacje rentgenowskie masywnej gromady RDCS 1252. Chandra i XMM-Newton Europejskiej Agencji Kosmicznej dostarczyli astronomom najdokładniejsze jak dotąd pomiary właściwości ogromnej chmury gorącego gazu, która przenika masywną gromadę. Ten gaz Fahrenheita o 160 milionach stopni (70 stopni Celsjusza) jest rezerwuarem większości ciężkich pierwiastków w gromadzie i dokładnym wskaźnikiem jego całkowitej masy. Artykuł Piero Rosati z Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) i współpracowników, który przedstawia obserwacje rentgenowskie RDCS 1252, zostanie opublikowany w styczniu 2004 r. W czasopiśmie Astronomical Journal.
„Ostre widzenie Chandra rozwiązało kształt halo z gorącym gazem i pokazało, że RDCS 1252 jest bardzo dojrzały jak na swój wiek”, powiedziała Rosati, która odkryła gromadę za pomocą teleskopu rentgenowskiego ROSAT.
RDCS 1252 może zawierać wiele tysięcy galaktyk. Większość tych galaktyk jest jednak zbyt słaba, aby je wykryć. Ale potężne „oczy” ACS wskazały kilkaset z nich. Obserwacje z użyciem bardzo dużego teleskopu ESO (VLT) zapewniły dokładny pomiar odległości do gromady. ACS umożliwił naukowcom dokładne określenie kształtów i kolorów 100 galaktyk, dostarczając informacji o wieku przebywających w nich gwiazd. Zespół ACS oszacował, że większość gwiazd w gromadzie została już uformowana, gdy wszechświat miał około 2 miliardów lat. Obserwacje rentgenowskie wykazały ponadto, że 5 miliardów lat po Wielkim Wybuchu otaczający gorący gaz został wzbogacony o ciężkie pierwiastki z tych gwiazd i został zmieciony z galaktyk.
Jeśli większość galaktyk w RDCS 1252 osiągnęła dojrzałość i osiadła w spokojnej dorosłości, galaktyki formujące się w odległej protoklastrze znajdują się w swojej energicznej, niesfornej młodości.
Protoklaster TN J1338 zawiera masywną zarodkową galaktykę otoczoną mniejszymi rozwijającymi się galaktykami, które wyglądają jak kropki na zdjęciu Hubble'a.
Dominująca galaktyka wytwarza spektakularne dżety emitujące fale radiowe, napędzane przez supermasywną czarną dziurę głęboko w jądrze galaktyki. Interakcja między tymi dżetami a gazem może stymulować potok narodzin gwiazd.
Odkrycie energetycznej galaktyki radiowej przez teleskopy radiowe skłoniło astronomów do poszukiwania mniejszych galaktyk, które stanowią większość gromady.
„Ogromne gromady to miasta wszechświata, a galaktyki radiowe w nich są kominami, których możemy użyć do znalezienia ich, gdy dopiero zaczynają się formować” - powiedziała Miley.
Te dwa odkrycia podkreślają moc łączenia obserwacji z wielu różnych teleskopów, które zapewniały widok odległego wszechświata w zakresie długości fal. Zaawansowana kamera Hubble'a dostarczyła krytycznych informacji o strukturze obu odległych gromad galaktyk. Widzenie rentgenowskie Chandry i XMM-Newtona dostarczyło niezbędne pomiary pierwotnego gazu, w którym osadzone są galaktyki w RDCS 1252, oraz dokładne oszacowania całkowitej masy zawartej w tym gromadzie. Duże teleskopy naziemne, takie jak VLT, zapewniały dokładne pomiary odległości obu gromad, a także składu chemicznego galaktyk w nich zawartych.
Zespół ACS prowadzi dalsze obserwacje odległych gromad, aby umocnić nasze zrozumienie, w jaki sposób te młode gromady i ich galaktyki ewoluują do kształtu rzeczy widzianych dzisiaj. Ich planowane obserwacje obejmują wykorzystanie obserwacji w bliskiej podczerwieni do analizy szybkości formowania się gwiazd w niektórych gromadach docelowych, w tym w RDCS 1252, w celu zmierzenia kosmicznej historii powstawania gwiazd w tych masywnych strukturach. Zespół przeszukuje również regiony wokół kilku bardzo odległych galaktyk radiowych w poszukiwaniu dodatkowych przykładów protoklastrów. Ostatecznym celem naukowym zespołu jest stworzenie pełnego obrazu ewolucji gromady, poczynając od formacji w najwcześniejszych epokach, i opisując ewolucję do dziś.
Oryginalne źródło: Hubble News Release
