13 odległych galaktyk znalezionych na próbce nieba. Źródło zdjęcia: ESO. Kliknij, aby powiększyć.
Jednym z głównych celów kosmologii obserwacyjnej jest prześledzenie sposobu powstawania i ewolucji galaktyk oraz porównanie jej z przewidywaniami z modeli teoretycznych. Dlatego ważne jest, aby wiedzieć jak najdokładniej, ile galaktyk było obecnych we Wszechświecie w różnych epokach.
Łatwiej powiedzieć niż zrobić. Rzeczywiście, jeśli liczenie galaktyk z głębokich obrazów astronomicznych jest stosunkowo proste, pomiar ich odległości - stąd epoka w historii wszechświata, w której ją widzimy [1] - jest znacznie trudniejsza. Wymaga to pobrania spektrum galaktyki i zmierzenia jej przesunięcia ku czerwieni [2].
Jednak w przypadku najsłabszych galaktyk - najprawdopodobniej najdalszych, a zatem najstarszych - wymaga to dużo czasu obserwacji największego z teleskopów. Do tej pory astronomowie musieli zatem najpierw starannie wybierać kandydujące galaktyki o dużym przesunięciu ku czerwieni, aby zminimalizować czas poświęcony na pomiar odległości. Wygląda jednak na to, że astronomowie postępowali zbyt ostrożnie i dlatego mieli zły obraz populacji galaktyk.
Lepiej byłoby „po prostu” obserwować na danym skrawku nieba wszystkie galaktyki jaśniejsze niż określony limit. Ale patrzenie na jeden przedmiot na raz uniemożliwiłoby takie badanie.
Aby podjąć wyzwanie, zespół francuskich i włoskich astronomów [3] użył największego możliwego teleskopu z wysoce wyspecjalizowanym, bardzo czułym instrumentem, który jest w stanie jednocześnie obserwować bardzo dużą liczbę (słabych) obiektów w odległym wszechświecie.
Astronomowie skorzystali z VIsible Multi-Object Spectrograph (VIMOS) na Melipal, jednym z 8,2-metrowych teleskopów Very Large Telescope Array. VIMOS może obserwować widma około 1000 galaktyk podczas jednej ekspozycji, na podstawie których można zmierzyć przesunięcia ku czerwieni, a więc odległości. Możliwość obserwowania dwóch galaktyk jednocześnie byłaby równoważna z jednoczesnym użyciem dwóch teleskopów VLT. W ten sposób VIMOS skutecznie zwielokrotnia wydajność VLT setki razy.
Umożliwia to dokonanie w ciągu kilku godzin obserwacji, które zajęłyby miesiące zaledwie kilka lat temu. Dzięki możliwościom dziesięciokrotnie wydajniejszym niż konkurencyjne instrumenty, VIMOS po raz pierwszy umożliwia przeprowadzenie obiektywnego spisu odległego Wszechświata.
Korzystając z wysokiej wydajności przyrządu VIMOS, zespół astronomów rozpoczął głębokie badanie VIMOS VLT (VVDS), którego celem jest zmierzenie w niektórych wybranych obszarach nieba przesunięcia ku czerwieni wszystkich galaktyk jaśniejszych niż 24 w czerwieni, to znaczy , galaktyki, które są do 16 milionów słabsze niż to, co widzi nieuzbrojone oko.
W całkowitej próbce około 8 000 galaktyk wybranych tylko na podstawie ich obserwowanej jasności w czerwonym świetle, prawie 1000 jasnych i energicznie gwiazdotwórczych galaktyk zostało odkrytych w epoce 1500 do 4500 milionów lat po Wielkim Wybuchu (przesunięcie ku czerwieni między 1,4 a 5) .
„Ku naszemu zdziwieniu” - mówi Olivier Le F? Vre z Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (Francja) i współtwórca projektu VVDS - „jest to dwa do sześciu razy więcej niż w poprzednich pracach. Galaktyki zostały pominięte, ponieważ poprzednie ankiety wybrały obiekty w znacznie bardziej restrykcyjny sposób niż my. Zrobili to, aby uwzględnić znacznie niższą wydajność poprzedniej generacji instrumentów. ”
Podczas gdy obserwacje i modele konsekwentnie wskazują, że Wszechświat nie uformował jeszcze wielu gwiazd w ciągu pierwszego miliarda lat czasu kosmicznego, odkrycie dokonane przez naukowców wymaga znacznej zmiany tego obrazu.
Łącząc widma wszystkich galaktyk w danym zakresie przesunięcia ku czerwieni (tj. Należących do tej samej epoki), astronomowie mogli oszacować ilość gwiazd utworzonych w tych galaktykach. Odkryli, że galaktyki w młodym Wszechświecie przekształcają się w gwiazdy o masie między 10 a 100 razy większej niż masa naszego Słońca w ciągu roku.
„To odkrycie sugeruje, że galaktyki uformowały o wiele więcej gwiazd na początku życia Wszechświata, niż wcześniej sądzono”, wyjaśnia Gianpaolo Vettolani, drugi współprzewodniczący projektu VVDS, pracujący w INAF-IRA w Bolonii (Włochy). „Te obserwacje będą wymagały głębokiej ponownej oceny naszych teorii dotyczących powstawania i ewolucji galaktyk w zmieniającym się Wszechświecie”.
Teraz astronomowie muszą wyjaśnić, w jaki sposób można stworzyć tak dużą populację galaktyk, wytwarzając więcej gwiazd, niż wcześniej zakładano, w czasie, gdy Wszechświat miał około 10-20% swojego obecnego wieku.
Oryginalne źródło: ESO News Release
