W dążeniu do poznania, jak powstał nasz Wszechświat, naukowcy sondowali bardzo głęboko w kosmosie (a zatem bardzo daleko w czasie). Ostatecznie ich celem jest ustalenie, kiedy powstały pierwsze galaktyki w naszym Wszechświecie i jaki wpływ wywarły na ewolucję kosmiczną. Ostatnie wysiłki w celu zlokalizowania tych najwcześniejszych formacji zbadały odległości do 13 miliardów lat świetlnych od Ziemi - tj. Około 1 miliarda lat po Wielkim Wybuchu.
Na tej podstawie naukowcy są w stanie zbadać, jak wczesne galaktyki wpływały na otaczającą je materię - w szczególności na reionizację neutralnych atomów. Niestety większość wczesnych galaktyk jest bardzo słaba, co utrudnia badanie ich wnętrz. Ale dzięki niedawnej ankiecie przeprowadzonej przez międzynarodowy zespół astronomów zauważono bardziej świecącą, masywną galaktykę, która może zapewnić jasne spojrzenie na to, jak wczesne galaktyki doprowadziły do reionizacji.
Badanie, które szczegółowo opisuje ich odkrycia, zatytułowane „Właściwości ISM masywnej, zakurzonej galaktyki gwiazdotwórczej odkrytej w z ~ 7 “, został niedawno opublikowany w The Astrophysical Journal Letters.Kierowany przez naukowców z Instytutu Radia Astronomii im. Maxa Plancka w Bonn, Niemcy, zespół polegał na danych z badania Teleskopu Bieguna Południowego (SPT) -SZ i ALMA w celu wykrycia galaktyki, która istniała 13 miliardów lat temu (zaledwie 800 milionów lat później Big Bang).
Zgodnie z modelem kosmologii Wielkiego Wybuchu, reionizacja odnosi się do procesu, który miał miejsce po okresie znanym jako „średniowiecze”. Stało się to między 380 000 a 150 milionami lat po Wielkim Wybuchu, gdy większość fotonów we Wszechświecie oddziaływała z elektronami i protonami. W rezultacie promieniowanie tego okresu jest niewykrywalne przez nasze obecne instrumenty - stąd nazwa.
Tuż przed tym okresem miała miejsce „rekombinacja”, w której zaczęły powstawać atomy wodoru i helu. Początkowo zjonizowane (bez elektronów związanych z jądrami) cząsteczki te stopniowo wychwytują jony, gdy Wszechświat ochładza się, stając się neutralny. W okresie, który nastąpił - tj. Między 150 milionami a 1 miliardem lat po Wielkim Wybuchu - zaczęła się tworzyć wielkoskalowa struktura Wszechświata.
Nieodłącznym tego był proces reionizacji, w którym powstały pierwsze gwiazdy i kwazary, a ich promieniowanie reionizowało otaczający Wszechświat. Jest zatem jasne, dlaczego astronomowie chcą zbadać tę erę Wszechświata. Obserwując pierwsze gwiazdy i galaktyki oraz ich wpływ na kosmos, astronomowie uzyskają wyraźniejszy obraz tego, jak ten wczesny okres doprowadził do Wszechświata, jaki znamy dzisiaj.
Na szczęście dla zespołu badawczego wiadomo, że masywne galaktyki z tego okresu zawierają dużo pyłu. Galaktyki te, choć bardzo słabe w paśmie optycznym, emitują silne promieniowanie przy submilimetrowych długościach fal, co czyni je wykrywalnymi za pomocą dzisiejszych zaawansowanych teleskopów - w tym Teleskopu Bieguna Południowego (SPT), Eksperymentu Atacama Pathfinder (APEX) i Atacama Large Millimeter Array (ALMA ).
Ze względu na swoje badania Strandet i Weiss oparli się na danych z SPT, aby wykryć serię zakurzonych galaktyk z wczesnego Wszechświata. Jak Maria Strandet i Axel Weiss z Instytutu Radia Astronomii Maxa Plancka (odpowiednio główny autor i współautorzy badania) powiedzieli Space Magazine pocztą elektroniczną:
„Wykorzystaliśmy światło o długości fali około 1 mm, które można zaobserwować w teleskopach mm, takich jak SPT, APEX lub ALMA. Przy tej długości fali fotony są wytwarzane przez promieniowanie cieplne pyłu. Piękno korzystania z tej długiej długości fali polega na tym, że dla dużego zakresu przesunięcia ku czerwieni (czas wstecz) ściemnianie galaktyk [spowodowane] przez zwiększenie odległości jest kompensowane przez przesunięcie ku czerwieni - więc obserwowana intensywność jest niezależna od przesunięcia ku czerwieni. Jest tak, ponieważ w przypadku wyższych galaktyk z przesunięciem ku czerwieni patrzy się na wewnętrznie krótsze długości fal (o (1 + z)), w których promieniowanie jest silniejsze dla widma termicznego takiego jak widmo pyłu. ”
Następnie podano dane z ALMA, które zespół wykorzystał do określenia odległości galaktyk, patrząc na przesuniętą na czerwono długość fali cząsteczek tlenku węgla w ich ośrodkach międzygwiezdnych (ISM). Na podstawie wszystkich zebranych danych udało im się ograniczyć właściwości jednej z tych galaktyk - SPT0311-58 - obserwując jej linie widmowe. W ten sposób ustalili, że ta galaktyka istniała zaledwie 760 milionów lat po Wielkim Wybuchu.
„Ponieważ siła sygnału w odległości 1 mm jest niezależna od przesunięcia ku czerwieni (patrz czas wstecz), nie mamy a priori pojęcia, czy obiekt znajduje się stosunkowo blisko (w sensie kosmologicznym) lub w epoce reionizacji”, powiedzieli. „Dlatego przeprowadziliśmy dużą ankietę, aby określić przesunięcia ku czerwieni poprzez emisję linii molekularnych za pomocą ALMA. SPT0311-58 okazuje się być najwyższym obiektem przesuniętym ku czerwieni odkrytym w tej ankiecie i faktycznie najdalej odkrytą jak dotąd masywną, zakurzoną galaktyką gwiazdotwórczą. ”
Na podstawie swoich obserwacji ustalili również, że SPT0311-58 ma masę około 330 miliardów mas Słońca, czyli około 66 razy więcej niż Galaktyka Drogi Mlecznej (która ma około 5 miliardów mas Słońca). Oszacowali także, że formuje nowe gwiazdy w tempie kilku tysięcy rocznie, co może mieć miejsce w przypadku sąsiednich galaktyk datowanych na ten okres.
Ten rzadki i odległy obiekt jest jednym z najlepszych jak dotąd kandydatów do badania, jak wyglądał wczesny Wszechświat i jak ewoluował. To z kolei pozwoli astronomom i kosmologom przetestować teoretyczne podstawy teorii Wielkiego Wybuchu. Jak Strandet i Weiss powiedzieli Space Magazine o swoim odkryciu:
„Obiekty te są ważne dla zrozumienia ewolucji galaktyk jako całości, ponieważ duże ilości pyłu już obecne w tym źródle, zaledwie 760 milionów lat po Wielkim Wybuchu, oznaczają, że jest to obiekt niezwykle masywny. Sam fakt, że takie masywne galaktyki istniały już wtedy, gdy Wszechświat był jeszcze tak młody, silnie ogranicza nasze rozumienie gromadzenia się masy galaktyk. Ponadto pył musi uformować się w bardzo krótkim czasie, co daje dodatkowe informacje na temat produkcji pyłu z pierwszej populacji gwiazd ”.
Zdolność patrzenia głębiej w przestrzeń i cofania się w czasie doprowadziła do wielu zaskakujących odkryć ostatnich. A te z kolei podważyły niektóre z naszych założeń dotyczących tego, co wydarzyło się we Wszechświecie i kiedy. I w końcu pomagają naukowcom stworzyć bardziej szczegółowy i kompletny opis ewolucji kosmicznej. Któregoś dnia wkrótce będziemy w stanie zbadać najwcześniejsze momenty we Wszechświecie i obserwować tworzenie w akcji!
