Kreditna slika: PPARC
Do sada astronomi nisu uspjeli pronaći puno podataka o onome što se dogodilo u ranoj fazi evolucije svemira, kada se smatralo da su zvijezde stvorene. No, nova istraživanja, koja su proveli astronomi pomoću opservatorija Blizanci u Čileu, otkrila su nekoliko galaksija prije 8 do 11 milijardi godina koje su formirane više nego što se očekivalo. Mislili su da će vidjeti protogalaksije kako se međusobno sudaraju, ali umjesto toga pronašli su vrlo zrele galaksije. Moguće je da su crne rupe bile mnogo češće u ranom Svemiru i služile su kao sidra za brzo formiranje galaksija.
Do sada su astronomi bili gotovo slijepi kad gledaju unatrag na vrijeme istraživanja vremena u kojem se očekivalo da je većina zvijezda u Svemiru formirana. Tim kritičnim kosmološkim slijepim mrljama uklonio je tim, uključujući i znanstvenika iz Velike Britanije, koristeći teleskop Frederick C. Gillett Blizanci, pokazavši da se mnoge galaksije u mladom svemiru ne ponašaju onako kako se očekivalo prije nekih 8-11 milijardi godina.
Iznenađenje: čini se da su ove galaksije potpunije formirane i zrele nego što se očekivalo u ovoj ranoj fazi evolucije svemira. Ovaj je nalaz sličan učitelju koji ulazi u učionicu očekujući da će pozdraviti sobu punu neiskrenih tinejdžera i pronaći dobro njegovane mlade odrasle.
"Teorija nam govori da ovom epohom trebaju dominirati male galaksije koje se sruše zajedno", rekao je dr. Roberto Abraham (Sveučilište u Torontu), glavni istraživač tima koji provodi promatranja u Blizancima. „Vidimo da je veliki dio zvijezda u Svemiru već na mjestu kada je Svemir bio sasvim mlad, što ne bi trebalo biti slučaj. Ovaj pogled u prošlost prilično jasno pokazuje da trebamo preispitati što se dogodilo tijekom ove rane epohe galaktičke evolucije. Teoretičari će sigurno imati što grickati! "
Rezultati su objavljeni danas na 203. sastanku Američkog astronomskog društva u Atlanti u državi Georgia. Podaci će uskoro biti objavljeni čitavoj astronomskoj zajednici na daljnju analizu, a četiri rada privode se kraju za objavljivanje u časopisima The Astrophysical Journal i The Astronomical Journal.
Dr Isobel Hook, vođa britanske grupe za podršku Blizancima sa sjedišta na Sveučilištu Oxford, član je multinacionalnog tima Gepini Deep Deep Survey (GDDS) koji je pokrenuo istragu. Objašnjava kako ta tehnika funkcionira. Tim je koristio posebnu tehniku za hvatanje najsitnijeg galaktičkog svjetla ikad rastavljenog u dugu boja zvanih spektar. Sve skupa, sakupljeni su spektri iz preko 300 galaksija, od kojih se većina nalazi unutar onoga što se naziva "Redshift Pustinja", relativno neistraženo razdoblje svemira koje su vidjeli teleskopi koji gledaju u doba kada je svemir imao samo 3-6 milijardi godina star.
Dodaje, ovi spektri predstavljaju najcjelovitiji uzorak ikad dobivenih galaksija u pustinji Redshift. Dobivanjem velikih količina podataka iz četiri široko odijeljena polja, ovo istraživanje pruža statističku osnovu za izvlačenje zaključaka za koje se sumnja da su prošla zapažanja rađena u svemirskom teleskopu Hubble, opservatoriju Keck, teleskopu Subaru i vrlo velikom teleskopu tijekom proteklog desetljeća.
Proučavanje slabašnih galaksija u ovoj epohi, kada je Svemir bio samo 20-40% svog trenutnog doba, predstavlja zastrašujući izazov astronomima, čak i kada koristi kapacitet skupljanja svjetlosti vrlo velikog teleskopa poput Blizanca Sjevernja sa 8-metarskim zrcalom. Sva prethodna istraživanja galaksije u ovom carstvu usredotočena su na galaksije u kojima se događa intenzivno stvaranje zvijezda, što olakšava dobivanje spektra, ali stvara pristrani uzorak. GDDS je mogao odabrati reprezentativniji uzorak, uključujući one galaksije koje imaju najviše zvijezda nenormalnih, zatamnjenih i masivnijih galaksija koje zahtijevaju posebne tehnike za uživanje u spektru iz njihove prigušene svjetlosti.
„Podaci o Blizancima najcjelovitije je istraživanje ikada provedeno pokrivajući većinu galaksija koje predstavljaju uvjete u ranom Svemiru. Ovo su ogromne galaksije koje je zapravo teže proučiti zbog nedostatka energetske svjetlosti od formiranja zvijezda. Ove visokorazvijene galaksije, čija je mladost u obliku zvijezda u stvari odavno već ne bi trebala biti, ali jesu ", rekao je glavni istražitelj dr. Karl Glazebrook (Sveučilište Johns Hopkins).
Astronomi koji pokušavaju razumjeti ovo pitanje možda će morati sve staviti na stol. "Nejasno je da li moramo ispraviti postojeće modele ili razviti novi kako bismo shvatili taj nalaz", rekao je treći glavni istražitelj istraživanja, dr. Patrick McCarthy (Opservatories of Carnegie Institution). „Iz spektra Blizanca sasvim je očito da su to stvarno zrele galaksije i ne vidimo učinke zatamnjivanja prašine. Očito postoje neki glavni aspekti o ranim životima galaksija koje jednostavno ne razumijemo. Moguće je čak i da su crne rupe možda bile mnogoprisutnije nego što smo mislili u ranom Svemiru i igrale veću ulogu u sjetvi ranih formacija galaksija. "
Ono što je vjerojatno dominantna teorija evolucije galaktika postulira da su populacijom galaksija u ovoj ranoj fazi trebali dominirati evolucijski građevni blokovi. Uvjetno nazvan Hijerarhijski model, predviđa da normalne do velike galaksije, poput onih koje se proučavaju u ovom radu, još ne bi postojale i umjesto toga formirale bi se od lokalnih košnica aktivnosti u kojima su rasle velike galaksije. GDDS otkriva da to možda nije slučaj.
Spektri iz ovog istraživanja također su korišteni za određivanje zagađenja međuzvjezdanog plina teškim elementima (zvanim "metali") koje proizvode zvijezde. Ovo je ključni pokazatelj povijesti evolucije zvijezda u galaksijama. Sandra Savaglio (Sveučilište Johns Hopkins), koja je proučavala ovaj aspekt istraživanja, rekla je: „Na našu interpretaciju Svemira snažno utječe način na koji ga promatramo. Budući da je GDDS primijetio vrlo slabe galaksije, mogli smo detektirati međuzvjezdani plin, čak i ako je dijelom zatvoren prisutnošću prašine. Proučavajući kemijski sastav međuzvjezdanog plina, otkrili smo da su galaksije u našem istraživanju bogatije metalima nego što se očekivalo. "
Kalifornijski astronom, dr. Richard Ellis, komentirao je: "Duboko dubinsko istraživanje blizanaca predstavlja vrlo značajno postignuće, i tehnički i znanstveno. Istraživanje je pružilo novi i vrijedan popis galaksija tijekom ključnog razdoblja kozmičke povijesti, onu koju je do sada bilo teško proučiti, posebno za miran sastojak populacije galaksije. "
Promatranje u pustinji Redshift frustriralo je moderne astronoma u posljednjem desetljeću. Iako su astronomi znali da u pustinji Redshift mora postojati obilje galaksija, ona je samo "pustinja", jer od mnogih njih nismo mogli dobiti dobre spektre. Problem leži u činjenici da su ključna spektroskopska svojstva koja se koriste za proučavanje ovih galaksija promijenjena unaprijed zbog širenja Svemira na dio optičkog spektra koji odgovara slabom, prirodnom, prikrivajućem sjaju u Zemljinoj noćnoj atmosferi.
Da bi se riješio taj problem, na teleskopu Gemini korišćena je sofisticirana tehnika koja se naziva "Nod and Shuffle". „Tehnika Nod i Shuffle omogućuje nam da uklonimo slab prirodni sjaj noćnog neba kako bismo otkrili osjetljivi spektar galaksija ispod njega. Te su galaksije preko 300 puta blijeđe od ovog sjaja na nebu “, objašnjava dr. Kathy Roth, astronomk u Blizancima koji je također bio dio tima i prikupio je velik dio podataka. "Pokazalo se kao izuzetno učinkovit način radikalnog smanjenja" buke "ili razine onečišćenja koja se nalaze u signalu iz elektroničkog detektora svjetla."
Svako promatranje trajalo je ekvivalent od oko 30 sati i istodobno je dobivalo gotovo 100 spektra. Cijeli projekt zahtijevao je preko 120 ukupnih sati vremena teleskopa. "Ovo je puno dragocjenog vremena na nebu, ali kad uzmete u obzir da nam je to omogućilo da popunimo ključni 20% jaz u našem razumijevanju Svemira, vrijeme je bilo dobro provedeno", dodaje dr. Glazebrook koji je razvio korištenje Nod i Shuffle s Jossom Hawthornom za slabašna promatranja galaksije, dok je bio u Anglo-australskom opservatoriju prije nekoliko godina.
Prethodne studije u pustinji Redshift usredotočile su se na galaksije koje nisu nužno bile reprezentativne za glavne tokove. Za ovu studiju, galaksije su pažljivo odabrane na temelju podataka iz Las Campanas infracrvenog istraživanja kako bi se osiguralo da snažne ultraljubičasto emitirajuće galaksije koje nisu emitirale. "Ova je studija jedinstvena po tome što smo uspjeli proučiti crveni kraj spektra, a to nam govori o starosti starih zvijezda", kaže dr. Abraham. „Izlagali smo nevjerojatno duge izloženosti s Geminia-om otprilike deset puta dulje od uobičajenih izloženosti. Ovo će nam pogledati mnogo slabije galaksije nego što je to obično slučaj, a usredotočimo se na većinu zvijezda, a ne samo na blistave mlade. Zbog toga nam je puno lakše utvrditi kako se galaksije razvijaju. Više ne nagađamo o tome proučavajući mlade objekte i pretpostavljajući da stari objekti nisu mnogo pridonijeli priči o evoluciji galaksije. Ispada da postoji mnogo starih galaksija, ali ih je zaista teško pronaći. "
Izvorni izvor: PPARC News Release
