Galaxie boli dávno, veľmi dávno fekundami; rodili hviezdy rýchlosťou najmenej desaťkrát väčšou, ako je to dnes.
Prečo? Bolo okolo toho viac vecí, aby sa hviezdy stali? Alebo boli galaxie vtedy efektívnejšie pri tvorbe hviezd? Alebo niečo iné??
Linda Tacconi z nemeckého Max-Planck-Institutu pre extraterrestrische Physik viedla medzinárodný tím astronómov, aby zistil, prečo ... a zdá sa, že odpoveďou je, že mladé galaxie boli naplnené plynom do žiabrov.
„Prvýkrát sme dokázali zistiť a zobraziť studený molekulárny plyn v normálnych hviezdotvorných galaxiách, ktoré predstavujú typické masívne populácie galaxií krátko po Veľkom tresku,“ uviedol Dr Tacconi.
Náročné pozorovania dávajú prvý pohľad na to, ako galaxie alebo presnejšie studený plyn v týchto galaxiách vyzerali iba 3 až 5 miliárd rokov po Veľkom tresku (čo zodpovedá kosmologickému červenému posunu z ~ 2 na z ~ 1). Zdá sa, že v tomto veku galaxie formovali hviezdy viac-menej nepretržite s najmenej desaťnásobkom rýchlosti pozorovanej v podobných hmotných systémoch v miestnom vesmíre.
Teraz je celkom dobre známe, že galaxie tvorené z proto-galaxií, ktoré sa sami vytvorili v miestnych nadmerných hustotách, dominovali studená temná hmota - halos tmavej hmoty -, kde sa zhromažďoval a ochladzoval novo neutrálny vodík a hélium. Vďaka zrážkam a fúziám a určitému pokračujúcemu hromadeniu plynu vytvorili proto-galaxie mladé galaxie niekoľko miliárd rokov po Veľkom tresku - v krátkej hierarchickej formácii.
Podrobné pozorovanie studeného plynu a jeho distribúcia a dynamika majú kľúčovú úlohu pri rozdeľovaní zložitých mechanizmov zodpovedných za premenu prvých proto-galaxií na moderné galaxie, ako je Mliečna dráha. Hlavná štúdia vzdialených, žiarivých galaxií tvoriacich hviezdy na milimetrovom interferometri Plateau de Bure teraz viedla k prelomu priamym pohľadom na „jedlo“ tvoriace hviezdy. Štúdia využila nedávne hlavné pokroky v citlivosti rádiometrov v observatóriu na vykonanie prvého systematického prieskumu vlastností studeného plynu (sledovaného rotačnou čiarou molekuly oxidu uhoľnatého) normálnych masívnych galaxií, keď bol vesmír 40% ( z = 1,2) a 24% (z = 2,3) svojho súčasného veku. Predchádzajúce pozorovania sa zväčša obmedzovali na vzácne, veľmi žiarivé objekty vrátane fúzií galaxií a kvázarov. Nová štúdia namiesto toho sleduje masívne hviezdy tvoriace galaxie predstavujúce „normálnu“, priemernú populáciu galaxií v tomto rozsahu hmotnosti a redshift.
„Keď sme program spustili asi pred rokom,“ hovorí Dr. Tacconi, „nemohli sme si byť istí, či by sme vôbec niečo odhalili. Avšak pozorovania boli úspešné nad naše najoptimistickejšie nádeje. Dokázali sme, že masívne normálne galaxie v z ~ 1,2 a z ~ 2,3 mali päťkrát až desaťkrát viac plynu, než aké vidíme v miestnom vesmíre. Vzhľadom na to, že tieto galaxie formovali plyn vysokou rýchlosťou počas dlhého časového obdobia, znamená to, že plyn musel byť neustále doplňovaný narastaním z halosov temnej hmoty, vo vynikajúcej zhode s nedávnymi teoretickými prácami. “
Ďalším dôležitým výsledkom týchto pozorovaní sú prvé priestorovo rozlíšené obrazy distribúcie studeného plynu a pohyby vo viacerých galaxiách. „Tento prieskum otvoril dvere pre úplne novú cestu štúdia vývoja galaxií,“ hovorí Pierre Cox, riaditeľ IRAM. "Je to skutočne vzrušujúce a je toho ešte veľa."
„Tieto fascinujúce nálezy nám poskytujú dôležité vodítka a obmedzenia pre teoretické modely budúcej generácie, ktoré budeme používať na podrobnejšie štúdium počiatočných fáz vývoja galaxií,“ hovorí Andreas Burkert, špecialista na tvorbu hviezd a vývoj galaxií na nemeckej špičkovej úrovni. Cluster Universe. „Tieto výsledky nakoniec pomôžu pochopiť pôvod a vývoj našej Mliečnej dráhy.“
O snímke EGS 1305123: Priestorovo rozlíšené optické a milimetrové obrazy typickej masívnej galaxie s červeným posunom z = 1,1 (5,5 miliárd rokov po Veľkom tresku). Ľavý obrázok bol urobený pomocou Hubbleovho vesmírneho teleskopu v optických pásmach V a I, ako súčasť prieskumu vzdialených galaxií AEGIS. Pravý obrázok predstavuje prekrytie emisií CO 3 pozorované pri PdBI (červené / žlté farby), ktorý je položený na I-obrázok (sivý). Po prvýkrát tieto pozorovania jasne ukazujú, že emisia molekulárnej línie a optické svetlo z hmotných hviezd sledujú mohutný rotujúci disk s priemerom ~ 60 000 svetelných rokov. Tento disk je svojou veľkosťou a štruktúrou podobný ako pri galaxiách z ~ 0, ako je napríklad Mliečna dráha. Hmotnosť studeného plynu je však na tomto disku približne rádovo väčšia ako v typických z ~ 0 diskových galaxiách. Toto vysvetľuje, prečo sa galaxie s vysokým z môžu tvoriť nepretržite asi desaťnásobkom rýchlosti typických z ~ 0 galaxií.
Zdroje: Inštitút Maxa Plancka pre mimozemskú fyziku, Tacconi et al. (2010), Nature 463, 781 (predtlač: arXiv: 1002.2149)
