Obrazový kredit: PPARC
Až doteraz astronómovia neboli schopní nájsť veľa údajov o tom, čo sa stalo v ranej fáze vývoja vesmíru, keď sa predpokladalo, že vznikli hviezdy. Nový výskum, ktorý uskutočnili astronómovia pomocou observatória Blíženci v Čile, však odhalil niekoľko galaxií pred 8 až 11 miliardami rokov, ktoré sú viac formované, ako sa očakávalo. Mysleli si, že uvidia protogalaxie narážajúce do seba, ale namiesto toho našli veľmi zrelé galaxie. Je možné, že čierne diery boli oveľa častejšie v ranom vesmíre a slúžili ako kotvy na rýchle vytváranie galaxií.
Až doteraz boli astronómovia takmer slepí, keď sa obzerali späť v čase, keď skúmali obdobie, kedy sa očakávalo, že sa vytvorí väčšina hviezd vo vesmíre. Tento kritický kozmologický slepý bod bol odstránený tímom, vrátane britského vedca, pomocou Severného ďalekohľadu Fredericka C. Gilletta Geminiho, ktorý ukazuje, že mnoho galaxií v mladom vesmíre sa nespráva tak, ako sa očakávalo asi pred 8 až 11 miliardami rokov.
Prekvapenie: tieto galaxie sa zdajú byť v tomto ranom štádiu vývoja vesmíru viac formované a zrelé, ako sa očakávalo. Toto zistenie je podobné učiteľovi, ktorý chodil do triedy a očakával, že uvíta miestnosť plnú nespravodlivých tínedžerov a nájde dobre upravených mladých dospelých.
„Teória nám hovorí, že v tejto epoche by mali dominovať malé galaxie, ktoré sa zhroutia spolu,“ povedal Dr. Roberto Abraham (University of Toronto), ktorý je spoluzakladateľom tímu vykonávajúceho pozorovania v Blížencoch. „Vidíme, že veľká časť hviezd vo vesmíre je už na mieste, keď bol vesmír dosť mladý, čo by nemalo byť tak. Tento pohľad späť v čase jasne ukazuje, že musíme znovu premyslieť, čo sa stalo počas tejto ranej epochy galaktickej evolúcie. Teoretici budú určite musieť niečo nahlodať! “
Výsledky boli oznámené dnes na 203. stretnutí Americkej astronomickej spoločnosti v Atlante v Gruzínsku. Dáta budú čoskoro sprístupnené celej astronomickej komunite na ďalšie analýzy a štyri publikácie sa blížia k dokončeniu pre publikovanie v Astrofyzikálnom a Astronomickom časopise.
Isobel Hook, vedúci britskej podpornej skupiny Gemini, so sídlom na Oxfordskej univerzite, je členom mnohonárodného tímu Gemini Deep Deep Survey (GDDS), ktorý sa zapojil do vyšetrovania. Vysvetľuje, ako táto technika funguje. Tím použil špeciálnu techniku na zachytenie najmenšieho galaktického svetla, ktoré sa kedy rozptýlilo do dúhy farieb nazývaných spektrum. Celkovo sa zozbierali spektrá z viac ako 300 galaxií, z ktorých väčšina sa nachádza v tzv. Púšti Redshift, čo je relatívne nepreskúmané obdobie vesmíru, ktoré pozorovali ďalekohľady, ktoré sa obzerajú späť do éry, keď bol vesmír iba 3 až 6 miliárd rokov. starý.
Dodáva: Tieto spektrá predstavujú najkompletnejšiu vzorku galaxií, ktorá sa kedy získala v púšti Redshift. Získaním veľkého množstva údajov zo štyroch široko oddelených polí tento prieskum poskytuje štatistický základ pre vyvodenie záverov, ktoré boli podozrivé z minulých pozorovaní Hubbleovho vesmírneho teleskopu, observatória Keck, subaru a ďalekohľadu za posledných desať rokov.
Štúdium slabých galaxií v tejto epoche, keď bol vesmír iba 20-40% jeho súčasného veku, predstavuje pre astronómov obrovskú výzvu, a to dokonca aj vtedy, keď využívajú kapacitu veľkého ďalekohľadu, ako je Gemini North, so svojím 8-metrovým zrkadlom. Všetky predchádzajúce prieskumy galaxií v tejto oblasti sa zameriavali na galaxie, v ktorých dochádza k intenzívnej tvorbe hviezd, čo uľahčuje získavanie spektier, ale vytvára skreslenú vzorku. GDDS bol schopný vybrať reprezentatívnejšiu vzorku vrátane tých galaxií, ktoré držia najnormálnejšie, stmievateľnejšie a najmasívnejšie galaxie, ktoré vyžadujú špeciálne techniky na koaxizáciu spektra z ich tlmeného svetla.
„Údaje Gemini sú najkomplexnejším prieskumom, aký sa kedy urobil a ktorý sa týka veľkej časti galaxií, ktoré predstavujú podmienky v ranom vesmíre. Toto sú obrovské galaxie, ktoré je v skutočnosti ťažšie študovať pre nedostatok energie z formovania hviezd. Tieto vysoko vyvinuté galaxie, ktorých hviezdotvorná mládež je v skutočnosti už dávno preč, by nemali byť, ale sú, “uviedol spoluautor zodpovedný za výskum Dr. Karl Glazebrook (Johns Hopkins University).
Astronómovia, ktorí sa snažia pochopiť tento problém, možno budú musieť dať všetko na stôl. „Nie je jasné, či potrebujeme vylepšiť existujúce modely alebo vyvinúť nový, aby sme porozumeli tomuto zisteniu,“ uviedol tretí pomocný vyšetrovateľ prieskumu, Patrick McCarthy (Observatories of Carnegie Institution). „Zo spektier Blížencov je celkom zrejmé, že ide o skutočne zrelé galaxie a nevidíme účinky zakrývania prachu. Je zrejmé, že o ranom živote galaxií existujú niektoré hlavné aspekty, ktorým jednoducho nerozumieme. Je dokonca možné, že čierne diery mohli byť omnoho všadeprítomné, ako sme si mysleli v ranom vesmíre, a zohrávali väčšiu úlohu pri nasadzovaní tvorby skorých galaxií. “
Čo je pravdepodobne dominantná teória galaktickej evolúcie predpokladá, že populácii galaxií v tomto ranom štádiu mali dominovať vývojové stavebné bloky. Vhodne sa nazýva hierarchický model, predpovedá, že normálne až veľké galaxie, ako tie, ktoré sú študované v tejto práci, by ešte neexistovali a namiesto toho by sa formovali z miestnych úľov činnosti, kde rástli veľké galaxie. GDDS odhaľuje, že to tak nemusí byť.
Spektrá z tohto prieskumu sa použili aj na stanovenie znečistenia medzihviezdneho plynu ťažkými prvkami (nazývanými „kovy“) produkovanými hviezdami. Toto je kľúčový ukazovateľ histórie hviezdneho vývoja v galaxiách. Sandra Savaglio (Johns Hopkins University), ktorá študovala tento aspekt výskumu, uviedla: „Naša interpretácia vesmíru je silne ovplyvnená spôsobom, akým ho pozorujeme. Pretože GDDS pozoroval veľmi slabé galaxie, mohli sme detekovať medzihviezdny plyn, aj keď čiastočne zakrytý prítomnosťou prachu. Štúdiom chemického zloženia medzihviezdneho plynu sme zistili, že galaxie v našom prieskume sú bohatšie na kovy, ako sa očakávalo. “
Astronóm Caltech, Dr. Richard Ellis, uviedol: „Prieskum hlbokých hlbin Gemini predstavuje veľmi významný úspech, a to z technického aj vedeckého hľadiska. Prieskum poskytol nové a cenné sčítanie galaxií počas kľúčového obdobia kozmickej histórie, ktoré bolo doteraz ťažké študovať, najmä pre pokojnú zložku populácie galaxií. ““
Pozorovania v púšti Redshift zmarili moderných astronómov za posledných desať rokov. Aj keď astronómovia vedeli, že v púšti Redshift musí existovať veľa galaxií, je to iba „púšť“, pretože od mnohých z nich sme nemohli získať dobré spektrá. Problém spočíva v tom, že kľúčové spektroskopické prvky používané na štúdium týchto galaxií boli prerozdelené v dôsledku rozširovania vesmíru do časti optického spektra, ktorá zodpovedá slabej, prirodzenej, zakrývajúcej sa žiare v nočnej atmosfére Zeme.
Na prekonanie tohto problému sa na teleskopu Gemini použila sofistikovaná technika s názvom „Nod and Shuffle“. „Technika Nod a Shuffle nám umožňuje skĺznuť zo slabej prirodzenej žiary nočnej oblohy a odhaliť jemné spektrá galaxií pod ňou. Tieto galaxie sú viac ako 300-krát slabšie ako táto žiara oblohy, “vysvetľuje Dr. Kathy Roth, astronóm v Blížencoch, ktorý bol tiež súčasťou tímu a získal veľa údajov. „Ukázalo sa, že ide o mimoriadne efektívny spôsob radikálneho zníženia„ šumu “alebo úrovne znečistenia, ktoré sa nachádzajú v signáli z elektronického detektora svetla.“
Každé pozorovanie trvalo približne 30 hodín a súčasne produkovalo takmer 100 spektier. Celý projekt si vyžadoval viac ako 120 hodín teleskopu. "Je to veľa drahocenného času na oblohe, ale keď si uvedomíte, že nám to pomohlo vyplniť zásadný 20% rozdiel v našom chápaní vesmíru, bol čas dobre strávený," dodáva Dr. Glazebrook, ktorý vyvinul použitie Nod a Shuffle s Jossom Hawthornom na slabé pozorovania galaxií, zatiaľ čo v anglo-austrálskom observatóriu pred niekoľkými rokmi.
Predchádzajúce štúdie v púšti Redshift sa sústredili na galaxie, ktoré nemuseli predstavovať tradičné systémy. V tejto štúdii boli galaxie starostlivo vybrané na základe údajov z infračerveného prieskumu Las Campanas, aby sa zabezpečilo, že silné galaxie s hviezdnymi výbojmi emitujúce ultrafialové žiarenie neboli nadmerne vzorkované. „Táto štúdia je jedinečná v tom, že sme dokázali študovať červený koniec spektra, a to nám hovorí o veku starých hviezd,“ hovorí Dr. Abraham. „Uskutočnili sme neuveriteľne dlhé expozície s Geminiabout desaťkrát tak dlho, ako typické expozície. Pozrime sa na omnoho slabšie galaxie, ako je obvyklé, a zamerajme sa na väčšinu hviezd, nielen na honosné mladé. Preto je pre nás oveľa ľahšie zistiť, ako sa vyvíjajú galaxie. Už sa tým nehádame štúdiom mladých predmetov a predpokladáme, že staré objekty neprispievali veľa k príbehu evolúcie galaxií. Ukazuje sa, že existuje veľa starých galaxií, ale je ťažké ich nájsť. “
Pôvodný zdroj: PPARC News Release
