Kreditna slika: PPARC
Do zdaj astronomi niso mogli najti veliko podatkov o tem, kaj se je zgodilo v zgodnji fazi evolucije vesolja, ko se je mislilo, da so zvezde nastale. Toda nove raziskave, ki so jih opravili astronomi z opazovalnico Gemini v Čilu, so odkrili več galaksij pred 8 do 11 milijardami let, ki so v celoti oblikovane od pričakovanj. Mislili so, da bodo videli protogalaksije, ki se strmo valijo, a namesto tega so našli zelo zrele galaksije. Možno je, da so bile črne luknje veliko bolj pogoste v zgodnjem vesolju in so služile kot sidri za hitro oblikovanje galaksij.
Do zdaj so bili astronomi skoraj slepi, ko so gledali nazaj v čas, da bi preučili obdobje, ko naj bi se oblikovalo večino zvezd v vesolju. To kritično kozmološko slepo mesto je odstranila skupina, vključno z britanskim znanstvenikom, s pomočjo severnega teleskopa Fredericka C. Gilletta Geminija, ki je pokazal, da se številne galaksije v mladem vesolju ne obnašajo tako, kot so pričakovali pred približno 8-11 milijardami let.
Presenečenje: zdi se, da so te galaksije bolj tvorjene in zrele, kot je bilo pričakovano v tej zgodnji fazi evolucije vesolja. Ta ugotovitev je podobna učitelju, ki hodi v učilnico in pričakuje, da bo pozdravil sobo, polno nezmotnih najstnikov in našel dobro negovane mlade odrasle.
"Teorija nam pravi, da bi morali v tej epohi prevladovati majhne galaksije, ki se zrušijo," je dejal dr. Roberto Abraham (univerza v Torontu), ki je glavni raziskovalec skupine, ki izvaja opazovanja v Geminiju. „Vidimo, da je velik del zvezd v vesolju že na mestu, ko je bilo vesolje še precej mlado, kar pa ne bi smelo biti. Ta pogled v preteklost precej nazorno kaže, da moramo znova premisliti, kaj se je zgodilo v tej zgodnji epohi galaktične evolucije. Teoretiki bodo zagotovo morali kaj pozebeti! "
Rezultati so bili objavljeni danes na 203. zasedanju Ameriškega astronomskega društva v Atlanti v državi Georgia. Podatki bodo kmalu objavljeni celotni astronomski skupnosti za nadaljnjo analizo, štirje prispevki pa se že zaključujejo z objavo v časopisih The Astrophysical Journal in The Astronomical Journal.
Dr Isobel Hook, vodja britanske podporne skupine za Gemini s sedeža na univerzi Oxford, je član večnacionalne skupine Gemini Deep Deep Survey (GDDS), ki se je lotila preiskave. Pojasnila je, kako tehnika deluje. Skupina je uporabila posebno tehniko, da je ujela najlepšo galaktično svetlobo, ki je bila kadar koli secirana, v mavrico barv, imenovano spekter. Splošno so bili zbrani spektri iz več kot 300 galaksij, večina jih je znotraj tistega, kar se imenuje "Redshift pustinja", relativno neraziskanega obdobja vesolja, ki so ga videli teleskopi, ki segajo v obdobje, ko je bilo vesolje samo 3-6 milijard let star.
Dodaja, da ti spektri predstavljajo najbolj popoln vzorec, ki so ga kdaj koli pridobili galaksije v puščavi Redshift. Ta raziskava s pridobitvijo velikih količin podatkov s štirih široko ločenih polj zagotavlja statistično podlago za sklepanje, na katerega so domnevali pretekla opažanja, ki so jih v zadnjem desetletju naredili vesoljski teleskop Hubble, Keck Observatory, Subaru Teleskop in zelo velik teleskop.
Preučevanje šibkih galaksij v tej epohi, ko je bilo vesolje le 20-40% svoje trenutne starosti, je zastrašujoč izziv za astronome, tudi če uporabljajo zmogljivost za zbiranje svetlobe zelo velikega teleskopa, kot je Gemini North, z 8-metrskim zrcalom. Vse prejšnje raziskave galaksij v tem kraljestvu so bile osredotočene na galaksije, kjer se intenzivno tvori zvezda, kar olajša pridobivanje spektra, vendar ustvari pristranski vzorec. GDDS je lahko izbral bolj reprezentativen vzorec, vključno s tistimi galaksijami, ki imajo najbolj zvezde, bolj zatemnjene in bolj masivne galaksije, ki zahtevajo posebne tehnike za odvzemanje spektra od njihove svetlobe.
„Podatki o Dvojčkih so najbolj obsežna raziskava, ki je bila kdaj opravljena in zajema večji del galaksij, ki predstavljajo razmere v zgodnjem vesolju. To so ogromne galaksije, ki jih je dejansko težje preučiti zaradi pomanjkanja energijske svetlobe iz nastanka zvezd. Te visoko razvite galaksije, katerih mladost, ki tvori zvezde, v resnici že dolgo ne bi smeli biti, ampak so, "je dejal sopredsedujoči preiskovalec dr. Karl Glazebrook (univerza Johns Hopkins).
Astronomi, ki poskušajo razumeti to vprašanje, bodo morda morali postaviti vse na mizo. "Ni jasno, ali moramo spremeniti obstoječe modele ali razviti novega, da bi razumeli to ugotovitev," je dejal tretji sodelavec raziskave, dr. Patrick McCarthy (Observatories of Carnegie Institution). "Iz spektrov Gemini je očitno, da so to res zelo zrele galaksije, in ne vidimo učinkov zakrivanja prahu. Očitno obstaja nekaj glavnih vidikov zgodnjih življenj galaksij, ki jih preprosto ne razumemo. Možno je celo, da so bile črne luknje veliko bolj razširjene, kot smo si mislili v zgodnjem vesolju, in igrali večjo vlogo pri sejanju zgodnjih formacij galaksij. "
Kar je zagotovo prevladujoča teorija evolucije galaktikov postulira, da bi morali v tej zgodnji fazi v populaciji galaksij prevladovati evolucijski gradniki. Pravilno imenovan hierarhični model, predvideva, da normalne do velike galaksije, kakršne so bile raziskane v tem delu, še ne bi obstajale in bi namesto tega nastajale iz lokalnih čebeljih dejavnosti, kjer so rasle velike galaksije. GDDS razkriva, da to morda ne bi bilo tako.
Spektri iz te raziskave so bili uporabljeni tudi za določanje onesnaževanja medzvezdnega plina s težkimi elementi (imenovane "kovine"), ki jih proizvajajo zvezde. To je ključni pokazatelj zgodovine evolucije zvezd v galaksijah. Sandra Savaglio (univerza Johns Hopkins), ki je preučevala ta vidik raziskave, je dejala: „Na našo interpretacijo vesolja močno vpliva način, kako ga opazujemo. Ker je GDDS opazoval zelo šibke galaksije, smo lahko zaznali medzvezdni plin, tudi če bi ga delno zasenčili zaradi prisotnosti prahu. Preučevali smo kemično sestavo medzvezdnega plina in ugotovili, da so galaksije v naši raziskavi bolj kovinsko bogate, kot smo pričakovali. "
Kalifornijski astronom, dr. Richard Ellis, je pripomnil, "Gemini Deep Deep Survey predstavlja zelo pomemben dosežek, tako tehnično kot znanstveno. Raziskava je zagotovila nov in dragocen popis galaksij v ključnem obdobju kozmične zgodovine, ki ga je bilo do zdaj težko proučiti, zlasti za miroljubno komponento populacije galaksij. "
Opazovanje v puščavi Redshift je v zadnjem desetletju razjezilo sodobne astronome. Medtem ko so astronomi vedeli, da mora v puščavi Redshift obstajati veliko galaksij, je to le »puščava«, saj od mnogih od njih nismo mogli dobiti dobrih spektrov. Težava je v dejstvu, da so bile ključne spektroskopske značilnosti, uporabljene za preučevanje teh galaksij, spremenjene zaradi širitve Vesolje v del optičnega spektra, ki ustreza šibkemu, naravnemu, prikritemu sijaju v Zemljinem nočnem ozračju.
Za premagovanje te težave je bila na teleskopu Gemini uporabljena sofisticirana tehnika imenovana "Nod and Shuffle". »Tehnika Nod in Shuffle nam omogoča, da odberemo šibki naravni sijaj nočnega neba, da razkrijemo šibke spektre galaksij pod njim. Te galaksije so več kot 300-krat bližje od tega neba, "razlaga dr. Kathy Roth, astronomka v Geminiju, ki je bila prav tako del ekipe in pridobila veliko podatkov. "Izkazalo se je kot izredno učinkovit način za korenito zmanjšanje" hrupa "ali ravni onesnaženosti, ki jo najdemo v signalu elektronskega detektorja svetlobe."
Vsako opazovanje je trajalo približno 30 ur in ustvarilo skoraj 100 spektrov hkrati. Celoten projekt je zahteval več kot 120 skupnih ur časa teleskopa. "To je veliko dragocenega časa na nebu, toda, ko menite, da nam je omogočil, da smo pomagali zapolniti ključno 20-odstotno vrzel v našem razumevanju vesolja, je bil čas dobro porabljen," dodaja dr. Glazebrook, ki se je razvil uporaba Nod in Shuffle z Jossom Hawthornom za slabo opazovanje galaksij, medtem ko je bil pred nekaj leti v Anglo-avstralskem observatoriju.
Prejšnje študije v puščavi Redshift so se osredotočile na galaksije, ki niso bile nujno reprezentativne za glavne sisteme. Za to študijo so bile galaksije skrbno izbrane na podlagi podatkov iz infrardeče raziskave v Las Campanas, da bi zagotovili, da močne ultravijolične galaksije, ki oddajajo zvezde, niso bile preveč vzorčene. "Ta študija je edinstvena po tem, da smo lahko preučili rdeči konec spektra in to govori o starosti starih zvezd," pravi dr. Abraham. »V Geminia smo se lotili neverjetno dolge izpostavljenosti približno desetkrat, kot je značilna izpostavljenost. S tem si oglejmo veliko slabše galaksije, kot je običajno, in osredotočimo se na večji del zvezd, namesto na samo bliskovite mlade. Tako nam je veliko lažje ugotoviti, kako se galaksije razvijajo. Na to ne ugibamo več, če preučujemo mlade predmete in domnevamo, da stari predmeti niso veliko prispevali k zgodbi o razvoju galaksije. Izkazalo se je, da je veliko starih galaksij tam, a jih je res težko najti. "
Izvirni vir: PPARC News Release
