Nowy widok z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a pokazuje niektóre z pierwszych jasnych galaktyk pojawiających się we Wszechświecie, pojawiających się około 13 miliardów lat temu lub 900 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Galaktyki takie jak te nie były widoczne 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu, więc mniejsze galaktyki musiały scalić się dość szybko, aby stały się duże i jasne. Odkrycia dokonano w polach Hubble Ultra Deep Field i Great Observatory Origins Deep Survey Fields.
Systematyczne poszukiwanie pierwszych jasnych galaktyk, które uformują się we wczesnym wszechświecie, ujawniło dramatyczny skok w liczbie takich galaktyk około 13 miliardów lat temu. Te obserwacje najwcześniejszych etapów ewolucji galaktyk dostarczają nowych dowodów na hierarchiczną teorię powstawania galaktyk - ideę, że duże galaktyki budowały się w czasie, gdy mniejsze galaktyki zderzały się i łączyły.
Astronomowie Rychard Bouwens i Garth Illingworth z University of California w Santa Cruz wykorzystali Kosmiczny Teleskop Hubble'a do zbadania formowania się galaktyk w ciągu pierwszych 900 milionów lat po Wielkim Wybuchu. O swoich najnowszych odkryciach informowali 14 września w czasopiśmie Nature.
Głębokie obserwacje w trzech ciemnych plamach nieba - w polu ultra głębokiego pola Hubble'a i polu głębokich badań wielkich obserwatoriów - zgromadziły słabe światło emitowane 13 miliardów lat temu przez gwiazdy w pierwotnych galaktykach. Tylko najjaśniejsze galaktyki można było wykryć przy tak dużych odległościach.
„To najgłębsze dane podczerwieni i optyczne, jakie kiedykolwiek zostały wykonane. Patrzymy na bardzo wczesny etap tworzenia się galaktyk - powiedział Illingworth, profesor astronomii i astrofizyki na UCSC.
Naukowcy zaobserwowali setki jasnych galaktyk około 900 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Ale kiedy spojrzeli głębiej, około 200 milionów lat wcześniej, znaleźli tylko jeden. Złagodzenie kryteriów wyszukiwania spowodowało pojawienie się kilku kolejnych kandydatów, ale najwyraźniej wiele zmian nastąpiło w ciągu tych 200 milionów lat, powiedział Illingworth.
„Większe, bardziej świecące galaktyki po prostu nie istniały 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Jednak 200 milionów lat później było ich o wiele więcej, więc w tym czasie musiało nastąpić wiele łączenia mniejszych galaktyk ”- powiedział.
Astronomowie mogą określić, kiedy światło zostało wyemitowane z odległego źródła poprzez przesunięcie ku czerwieni, co jest miarą tego, jak ekspansja wszechświata rozciągnęła długości fal światła, gdy podróżowało ono w przestrzeni na duże odległości. Bouwens, doktor habilitowany na UCSC i pierwszy autor artykułu Nature, opracował oprogramowanie do systematycznego przesiewania danych Hubble'a w poszukiwaniu galaktyk o dużym przesunięciu ku czerwieni.
Dane pochodzą z dwóch potężnych instrumentów Hubble'a, Advanced Camera for Surveys (ACS) oraz Near Infrared Camera i Multi-Object Spectrograph (NICMOS). Naukowcy porównali liczbę galaktyk wykrytych podczas przesunięcia ku czerwieni od 7 do 8 (700 milionów lat po Wielkim Wybuchu) z tym, czego mogli się spodziewać, gdyby populacja galaktyk była podobna do populacji, którą zaobserwowali przy przesunięciu ku czerwieni 6 (200 milion lat później). W zależności od surowości kryteriów wyboru znaleźli jedną galaktykę, w której oczekiwaliby 10, lub cztery, w której oczekiwaliby 17.
„Nasze podejście zapewnia bardzo ilościowy sposób pomiaru nagromadzenia struktury we wszechświecie, dzięki czemu możemy zobaczyć, jak szybko zmieniała się ona w czasie, gdy mniejsze galaktyki łączyły się, tworząc większe”, powiedział Bouwens.
Galaktyki zaobserwowane w tym badaniu są znacznie mniejsze niż nasza własna Droga Mleczna i inne gigantyczne galaktyki widoczne dzisiaj w pobliskim wszechświecie. Te wczesne galaktyki również płonęły formowaniem się gwiazd, emitując niebieskawe światło, które zostało przesunięte na czerwone światło podczas 13-miliardowej podróży do czułych detektorów Hubble'a.
„To niesamowite, że możemy spojrzeć wstecz na 13 miliardów lat. Patrzymy na galaktyki, które ewoluowały już z mniejszych prekursorów, ale minęło zaledwie kilkaset milionów lat po powstaniu pierwszych gwiazd ”- powiedział Illingworth.
Jeśli Droga Mleczna jest galaktycznym seniorem, wówczas galaktyki te są małymi dziećmi lub przedszkolakami. Na razie naukowcy nie są w stanie wykryć jeszcze mniejszych galaktyk niemowlęcych, które musiały się połączyć, aby utworzyć te pierwsze jasne galaktyki.
Ale nasiona tych pierwszych galaktyk można zobaczyć w kosmicznym mikrofalowym promieniowaniu tła, mierzonym ostatnio i dokładnie przez sondę mikrofalową anizotropii Wilkinsona (WMAP), która pokazuje niewielkie wahania gęstości w niezwykle jednorodnym wszechświecie około 400 000 lat po Wielkim Huk.
„Na bardzo wczesnym etapie ewolucji wszechświata wszystko przebiegało bardzo sprawnie. Ale z czasem wszechświat stawał się coraz bardziej zlepiony, gdy grawitacja przyciągała więcej materii do gęstszych obszarów ”- powiedział Bouwens. „Nasze obserwacje wczesnych galaktyk pozwalają nam zmierzyć, jak szybko wszechświat ewoluował z mniejszych na większe gromady”.
Wykrywanie pierwszych galaktyk, które się utworzą, będzie możliwe dzięki następcy Hubble'a, kosmicznego teleskopu Jamesa Webba, planowanego obecnie w 2013 roku, powiedział Illingworth. Dodatkowe informacje na temat wyszukiwania pierwszych galaktyk są dostępne w Internecie pod adresem http://firstgalaxies.ucolick.org/.
Oryginalne źródło: UCSC News Release
