Znanstveniki so se v iskanju, kako je nastalo naše vesolje, preizkusili zelo globoko v vesolju (in s tem tudi zelo daleč nazaj v čas). Navsezadnje je njihov cilj določiti, kdaj so nastale prve galaksije v našem vesolju in kakšen vpliv so imele na kozmično evolucijo. Nedavna prizadevanja za iskanje teh najzgodnejših formacij so zaznala oddaljenosti do 13 milijard svetlobnih let od Zemlje - to je približno 1 milijardo let po velikem udaru.
Iz tega lahko znanstveniki zdaj preučijo, kako so zgodnje galaksije vplivale na zadevo okoli njih - zlasti reionizacijo nevtralnih atomov. Na žalost je večina zgodnjih galaksij zelo omedlela, kar otežuje preučevanje njihove notranjosti. Toda zahvaljujoč nedavni raziskavi, ki jo je izvedla mednarodna ekipa astronomov, je bila opažena bolj sijoča, masivna galaksija, ki bi lahko dala jasen pogled na to, kako so zgodnje galaksije pripeljale do reionizacije.
Študija, ki podrobno opisuje njihove ugotovitve, z naslovom "Lastnosti ISM-a množične prašne zvezde, ki tvori zvezde, odkrita na z ~ 7 “, je bil nedavno objavljen v The Astrophysical Journal Letters.Skupina se je pod vodstvom raziskovalcev Inštituta Max Planck za radio astronomijo v Bonnu v Nemčiji opirala na podatke iz raziskave Južni pol teleskopa (SPT) -SZ in ALMA, da je opazila galaksijo, ki je obstajala pred 13 milijardami let (le 800 milijonov let po veliki pok).
V skladu z modelom kozmologije Big Bang se reionizacija nanaša na proces, ki se je zgodil po obdobju, ki je bilo znano kot "Temne dobe". To se je zgodilo med 380.000 in 150 milijoni let po velikem udaru, kjer je večina fotonov v vesolju medsebojno vplivala z elektroni in protoni. Zaradi tega je sevanje tega obdobja v naših sedanjih instrumentih zaznati - od tod tudi ime.
Tik pred tem obdobjem je prišlo do "rekombinacije", kjer so se začeli oblikovati atomi vodika in helija. Sprva ionizirane (brez elektronov, vezanih na svoja jedra) so te molekule postopoma zajele ione, ko se je Vesolje hladilo in postalo nevtralno. V obdobju, ki je sledilo - to je med 150 milijoni do milijardo let po velikem udaru, se je začela oblikovati obsežna struktura Vesolja.
Bistvo tega je bil proces reionizacije, kjer so nastale prve zvezde in kvazarji ter njihovo sevanje ponovno zaznamovalo okoliško vesolje. Zato je jasno, zakaj astronomi želijo preizkusiti to obdobje vesolja. Z opazovanjem prvih zvezd in galaksij ter kakšen vpliv so imeli na kozmos, bodo astronomi dobili jasnejšo sliko, kako je to zgodnje obdobje vodilo v vesolje, kot ga poznamo danes.
Na srečo raziskovalne skupine je znano, da ogromne galaksije v tem obdobju vsebujejo veliko prahu. Čeprav v optičnem pasu zelo bledijo, te galaksije oddajajo močno sevanje pri submilimetrskih valovnih dolžinah, zaradi česar jih je mogoče zaznati z današnjimi naprednimi teleskopi - vključno s teleskopom Južni pol (SPT), eksperimentom Atacama Pathfinder (APEX) in velikim milimetrskim sklopom Atacama (ALMA) ).
Strandet in Weiss sta se zaradi študije sklicevala na podatke iz SPT, da sta zaznala vrsto prašnih galaksij iz zgodnjega vesolja. Kot sta za Space Magazine po e-pošti povedala Maria Strandet in Axel Weiss z Inštituta Max Planck za radio astronomijo (ter vodilni avtor in soavtorji študije):
»Uporabili smo svetlobo valovne dolžine približno 1 mm, ki jo lahko opazujejo mm teleskopi, kot so SPT, APEX ali ALMA. Pri tej valovni dolžini se fotoni proizvajajo s toplotnim sevanjem prahu. Lepota uporabe te dolge valovne dolžine je v tem, da pri velikem območju rdečega premikanja (pogled nazaj) zatemnitev galaksij [povzročenih] s povečanjem oddaljenosti kompenzira rdeče premikanje - zato je opažena intenzivnost neodvisna od rdečega premika. To je zato, ker se pri višjih rdečih premikih galaksij gleda na intrinzično krajše valovne dolžine (za (1 + z)), kjer je sevanje močnejše za toplotni spekter, kot je spekter prahu. "
Sledili so podatki ALMA, ki jih je skupina uporabila za določanje oddaljenosti galaksij z ogledom rdeče premikane valovne dolžine molekul ogljikovega monoksida v njihovih medzvezdnih medijih (ISM). Iz vseh zbranih podatkov jim je uspelo omejiti lastnosti ene od teh galaksij - SPT0311-58 - z opazovanjem njenih spektralnih linij. S tem so ugotovili, da ta galaksija obstaja le 760 milijonov let po velikem udaru.
"Ker je jakost signala na 1 mm neodvisna od rdečega premikanja (pogled nazaj), a priori nimamo pojma, če je nek objekt relativno blizu (v kozmološkem smislu) ali v dobi reionizacije," so povedali. „Zato smo izvedli veliko raziskavo, s katero smo določili rdeče premike z oddajanjem molekularnih linij z uporabo ALMA. Izkazalo se je, da je SPT0311-58 najvišji predmet rdečega premika, odkrit v tej raziskavi, in dejansko najbolj oddaljena veliko odkrita prašna zvezdna galaksija doslej. "
Iz svojih opažanj so tudi ugotovili, da ima SPT0311-58 maso približno 330 milijard sončnih mas, kar je približno 66-krat več kot galaksija Mlečne poti (ki ima približno 5 milijard sončnih mas). Ocenili so tudi, da tvori nove zvezde s hitrostjo nekaj tisoč na leto, kar bi lahko veljalo za sosednje galaksije, ki so datirane v to obdobje.
Ta redek in oddaljen predmet je eden najboljših kandidatov za študij, kako je izgledal zgodnji Vesolj in kako se je od takrat razvil. To pa bo astronomom in kozmologom omogočilo preizkušanje teoretične podlage za teorijo velikega poka. Kot sta Strandet in Weiss povedala za Space Magazine o svojem odkritju:
"Ti predmeti so pomembni za razumevanje evolucije galaksij kot celote, saj velike količine prahu, ki so že prisotne v tem viru, le 760 milijonov let po velikem udaru, pomeni, da gre za izjemno masiven objekt. Že samo dejstvo, da so obstajale tako velike galaksije, ko je bilo Vesolje še tako mlado, močno omejuje naše razumevanje kopičenja množičnih galaksij. Poleg tega se mora prah oblikovati v zelo kratkem času, kar daje dodatna spoznanja o proizvodnji prahu iz prve zvezdne populacije. "
Sposobnost pogleda globlje v vesolje in dlje nazaj v čas je privedla do številnih presenetljivih odkritij pozno. In te so izpodbijale nekatere naše domneve o tem, kaj se je dogajalo v Vesolju in kdaj. In na koncu pomagajo znanstvenikom, da ustvarijo bolj podroben in popoln prikaz kozmične evolucije. Nekega dne bomo morda celo lahko preizkusili najzgodnejše trenutke v Vesolju in opazovali ustvarjanje v akciji!
