U svojoj potrazi za učenjem kako je nastao naš Svemir, znanstvenici su se prokušali vrlo duboko u svemiru (i prema tome, vrlo daleko u vremenu). Konačno, njihov je cilj utvrditi kada su se formirale prve galaksije u našem Svemiru i kakav su utjecaj imali na kozmičku evoluciju. Nedavni napori za pronalaženje tih najranijih formacija pokazali su se na udaljenosti do 13 milijardi svjetlosnih godina od Zemlje - tj. Oko milijardu godina nakon Velikog praska.
Na osnovu ovoga, znanstvenici su sada u stanju proučiti kako su rane galaksije utjecale na materiju oko njih - posebno reionizaciju neutralnih atoma. Nažalost, većina ranih galaksija vrlo je slabašna, što otežava proučavanje njihove unutrašnjosti. Ali zahvaljujući nedavnom istraživanju koje je proveo međunarodni tim astronoma, uočena je svjetlija, masivnija galaksija koja bi mogla pružiti jasan uvid u to kako su rane galaksije dovele do reionizacije.
Studija koja detaljno opisuje njihova otkrića, pod nazivom „ISM Svojstva masivne praškaste galaksije koja je formirana u z ~ 7 “, nedavno je objavljen u Astrofizički časopis Pisma.Pod vodstvom istraživača iz Instituta Max Planck za radio astronomiju u Bonnu u Njemačkoj, tim se oslanjao na podatke iz Južnog pola teleskopa (SPT) -SZ istraživanja i ALMA kako bi uočio galaksiju koja je postojala prije 13 milijardi godina (samo 800 milijuna godina nakon veliki prasak).
U skladu s kozmološkim modelom Velikog praska, reionizacija se odnosi na proces koji se dogodio nakon razdoblja poznatog kao "Mračno doba". To se dogodilo između 380.000 i 150 milijuna godina nakon Velikog praska, gdje je većina fotona u Svemiru bila u interakciji s elektronima i protonima. Kao rezultat toga, zračenje ovog razdoblja je prema našim trenutnim instrumentima neprimjetno - otuda i naziv.
Neposredno prije tog razdoblja došlo je do "rekombinacije", gdje su se počeli formirati atomi vodika i helija. U početku ionizirani (bez elektrona vezanih za svoje jezgre), te su molekule postepeno zarobile ione dok se Univerzum hladio, postajući neutralan. Tijekom razdoblja koje je uslijedilo - tj. Između 150 milijuna i milijarde godina nakon Velikog praska - počela se oblikovati velika struktura Svemira.
Pri tome je bio važan proces reionizacije, gdje su se formirale prve zvijezde i kvazari, a njihovo zračenje je reioniziralo okolni Svemir. Stoga je jasno zašto astronomi žele istražiti ovo doba Svemira. Promatrajući prve zvijezde i galaksije i kakav su utjecaj imali na kozmos, astronomi će dobiti jasniju sliku kako je to rano razdoblje vodilo prema Svemiru kakav ga danas poznajemo.
Srećom za istraživački tim, znatne su ogromne galaksije u ovom zvijezdi koje sadrže veliku prašinu. Iako su u optičkom pojasu vrlo slabe, ove galaksije emitiraju snažno zračenje na submilimetarskim talasnim duljinama, zbog čega ih je moguće otkriti primjenom današnjih naprednih teleskopa - uključujući Južni pol teleskop (SPT), Atacama Pathfinder Experiment (APEX) i Atacama veliki milimetarni niz (ALMA) ).
Za vrijeme svoje studije, Strandet i Weiss oslanjali su se na podatke iz SPT-a kako bi otkrili niz prašnjavih galaksija iz ranog Svemira. Kao što su Maria Strandet i Axel Weiss iz Instituta Max Planck za radio astronomiju (i glavni autor i koautori studije) rekli za Space Magazine e-poštom:
„Koristili smo svjetlost valne duljine oko 1 mm, koju mogu primijetiti mm teleskopi poput SPT, APEX ili ALMA. Pri ovoj valnoj duljini fotoni nastaju toplinskim zračenjem prašine. Ljepota korištenja ove velike valne duljine je u tome što je za veliki raspon crvenih pomaka (gledanje unatrag) zatamnjenje galaksija [uzrokovano] povećanjem udaljenosti nadoknađeno crvenim pomakom - tako da promatrani intenzitet nije ovisan o crvenom pomaku. To je zato što se za veće crvene pomake galaksija gleda u intrinzično kraće valne duljine (za (1 + z)) gdje je zračenje jače za toplinski spektar poput spektra prašine. "
Potom su slijedili podaci ALMA-e, koji je tim koristio za određivanje udaljenosti galaksija promatrajući crvenu pomaknutu valnu duljinu molekula ugljičnog monoksida u njihovim međuzvjezdanim medijumima (ISM). Od svih podataka koje su prikupili uspjeli su ograničiti svojstva jedne od tih galaksija - SPT0311-58 - promatrajući njene spektralne linije. Radeći to, utvrdili su da ta galaksija postoji samo 760 milijuna godina nakon Velikog praska.
"Budući da jačina signala na 1 mm ne ovisi o crvenom pomaku (gledamo unatrag), a priori nemamo pojma je li neki objekt u blizini (u kozmološkom smislu) ili u epohi reionizacije", rekli su. „Zato smo proveli veliko istraživanje kako bismo utvrdili crveni pomak kroz emisiju molekularnih linija pomoću ALMA. SPT0311-58 pokazalo se da je najveći crveni pomak otkriven u ovom istraživanju i u stvari najudaljenija dosad otkrivena ogromna prašnjava galaksija. "
Iz svojih promatranja također su utvrdili da SPT0311-58 ima masu od oko 330 milijardi Sunčevih masa, što je oko 66 puta više od Galaksije Mliječnog Puta (koja ima oko 5 milijardi Sunčevih masa). Također su procijenili da formira nove zvijezde brzinom od nekoliko tisuća godišnje, što bi se moglo dogoditi za susjedne galaksije koje su datirane u to razdoblje.
Ovaj rijedak i udaljeni objekt jedan je od najboljih kandidata za proučavanje kako je izgledao rani Svemir i kako se od tada razvijao. To će zauzvrat omogućiti astronomima i kozmolozima da testiraju teorijsku osnovu teorije Velikog praska. Kako su Strandet i Weiss rekli za Space Magazine o svom otkriću:
"Ovi su objekti važni za razumijevanje evolucije galaksija u cjelini, jer velike količine prašine već postoje u ovom izvoru, samo 760 milijuna godina nakon Velikog praska, znači da je riječ o izuzetno masivnom objektu. Sama činjenica da su takve ogromne galaksije već postojale kad je Svemir bio još tako mlad, stavlja snažna ograničenja na naše razumijevanje nakupljanja masa galaksije. Nadalje, prašina se mora formirati u vrlo kratkom vremenu, što daje dodatne uvide o proizvodnji prašine iz prve zvjezdane populacije. "
Sposobnost gledanja dublje u svemir i dalje u prošlost dovela je do mnogih iznenađujućih otkrića kasnoga. A ovo su zauzvrat osporili neke naše pretpostavke o onome što se dogodilo u Svemiru i kada. I na kraju pomažu znanstvenicima da stvore detaljniji i cjelovitiji prikaz kozmičke evolucije. Uskoro ćemo možda čak moći isprobati najranije trenutke u Svemiru i gledati stvaranje u akciji!
