Vedci sa v snahe naučiť sa, ako vznikol náš vesmír, sondovali veľmi hlboko do vesmíru (a teda veľmi ďaleko späť v čase). Ich cieľom je nakoniec určiť, kedy sa vytvorili prvé galaxie v našom vesmíre a aký vplyv mali na vesmírny vývoj. Nedávne snahy o nájdenie týchto najskorších formácií sa od Zeme vzdialili až 13 miliárd svetelných rokov - t. J. Asi 1 miliarda rokov po Veľkom tresku.
Z tohto dôvodu vedci teraz dokážu študovať, ako skoré galaxie ovplyvnili hmotu okolo nich - najmä reionizáciu neutrálnych atómov. Bohužiaľ, väčšina skorých galaxií je veľmi slabá, čo sťažuje štúdium ich interiérov. Ale vďaka nedávnemu prieskumu, ktorý uskutočnil medzinárodný tím astronómov, sa objavila svetelnejšia, mohutnejšia galaxia, ktorá mohla poskytnúť jasný pohľad na to, ako skoré galaxie viedli k reionizácii.
Štúdia, ktorá podrobne popisuje ich zistenia, nazvaná „Vlastnosti ISM masívnej prašnej galaxie tvoriacej hviezdu objavenej na z ~ 7 “, bol nedávno uverejnený v Astrofyzikálny časopis.Tím vedený výskumníkmi z Inštitútu Maxa Plancka pre Rádio astronómiu v Bonne v Nemecku sa spoliehal na údaje z prieskumu Telescope South Pole Telescope (SPT) a ALMA na nájdenie galaxie, ktorá existovala pred 13 miliardami rokov (len 800 miliónov rokov po veľký tresk).
V súlade s kozmologickým modelom Veľkého tresku sa reionizácia týka procesu, ktorý sa uskutočnil po období známom ako „temný vek“. K tomu došlo medzi 380 000 a 150 miliónmi rokov po Veľkom tresku, kde väčšina fotónov vo vesmíre interagovala s elektrónmi a protónmi. Výsledkom je, že žiarenie tohto obdobia nie je možné zistiť pomocou našich súčasných nástrojov - odtiaľ názov.
Tesne pred týmto obdobím nastala „Rekombinácia“, pri ktorej sa začali tvoriť atómy vodíka a hélia. Spočiatku ionizovali (bez elektrónov viazaných na ich jadrá) tieto molekuly postupne zachytávali ióny, keď sa vesmír ochladil a stal sa neutrálnym. Počas nasledujúceho obdobia, t. J. Medzi 150 miliónmi až 1 miliardou rokov po Veľkom tresku, sa začala formovať rozsiahla štruktúra vesmíru.
Súčasťou tohto procesu bol proces reionizácie, pri ktorom sa vytvorili prvé hviezdy a kvasary a ich žiarenie reionizovalo okolitý vesmír. Je preto jasné, prečo chcú astronómovia skúmať túto éru vesmíru. Pozorovaním prvých hviezd a galaxií a ich dopadu na vesmír získajú astronómovia jasnejší obraz o tom, ako toto počiatočné obdobie viedlo k vesmíru, ako ho poznáme dnes.
Našťastie je pre vedecký tím známe, že masívne hviezdotvorné galaxie tohto obdobia obsahujú veľké množstvo prachu. Hoci sú tieto galaxie veľmi slabé v optickom pásme, vyžarujú silné žiarenie na submilimetrových vlnových dĺžkach, čo ich robí detekovateľnými pomocou dnešných pokročilých ďalekohľadov - vrátane ďalekohľadu južného pólu (SPT), experimentu Atacama Pathfinder (ALEX) a Atacama Large Millimeter Array (ALMA) ).
Kvôli štúdiu sa Strandet a Weiss spoliehali na údaje z SPT, aby zistili sériu zaprášených galaxií zo skorého vesmíru. Ako Maria Strandet a Axel Weiss z Inštitútu Maxa Plancka pre Rádio astronómiu (a hlavný autor a spoluautori štúdie), časopisu Space Magazine informovali e-mailom:
„Použili sme svetlo s vlnovou dĺžkou asi 1 mm, ktorú môžu pozorovať mm ďalekohľady ako SPT, APEX alebo ALMA. Pri tejto vlnovej dĺžke sú fotóny vytvárané tepelným žiarením prachu. Krása použitia tejto dlhej vlnovej dĺžky spočíva v tom, že pri veľkom rozsahu červeného posunu (spätný pohľad) je stmievanie galaxií [spôsobené] zväčšením vzdialenosti kompenzované červeným posunom - pozorovaná intenzita je teda nezávislá od červeného posunu. Je to tak preto, že pre galaxie s vyšším červeným posunom sa pozeráme na skutočne kratšie vlnové dĺžky (o (1 + z)), kde je žiarenie silnejšie pre tepelné spektrum, ako je prachové spektrum. “
Nasledovali údaje od ALMA, ktoré tím použil na určenie vzdialenosti galaxií pri pohľade na červeno-vlnovú vlnovú dĺžku molekúl oxidu uhoľnatého v ich medzihviezdnych médiách (ISM). Zo všetkých zhromaždených údajov boli schopní obmedziť vlastnosti jednej z týchto galaxií - SPT0311-58 - pozorovaním jej spektrálnych čiar. Tým určili, že táto galaxia existuje len 760 miliónov rokov po Veľkom tresku.
"Pretože sila signálu pri 1 mm je nezávislá od červeného posunu (doba spätného pohľadu), nemáme apriorné vodítko, ak je objekt relatívne blízko (v kozmologickom zmysle) alebo v epoche reionizácie," uviedli. „Z tohto dôvodu sme uskutočnili veľký prieskum s cieľom určiť červené posuny prostredníctvom emisie molekulárnych čiar pomocou ALMA. SPT0311-58 sa ukázal byť najvyšším objektom červeného posunu objaveným v tomto prieskume a v skutočnosti najodľahlejšou najväčšou prašnou hviezdou formujúcou sa galaxiou. “
Zo svojich pozorovaní tiež určili, že SPT0311-58 má hmotnosť asi 330 miliárd slnečných hmôt, čo je asi 66-krát viac ako galaxia Mliečna dráha (ktorá má asi 5 miliárd slnečných hmôt). Odhadovali tiež, že vytvára nové hviezdy rýchlosťou niekoľko tisíc ročne, čo by mohlo byť prípad susedných galaxií, ktoré sú datované do tohto obdobia.
Tento vzácny a vzdialený objekt je jedným z najlepších kandidátov na štúdium toho, ako vyzeral starý vesmír a ako sa odvtedy vyvíjal. To potom umožní astronómom a kozmológom vyskúšať teoretický základ teórie Veľkého tresku. Ako Strandet a Weiss rozprávali Space Magazine o ich objave:
„Tieto objekty sú dôležité pre pochopenie vývoja galaxií ako celku, pretože veľké množstvo prachu, ktorý sa už nachádza v tomto zdroji, len 760 miliónov rokov po Veľkom tresku, znamená, že ide o mimoriadne masívny objekt. Samotná skutočnosť, že také masívne galaxie existovali už v dobe, keď bol vesmír ešte taký mladý, predstavuje silné obmedzenia pre naše chápanie hromadenia hmoty v galaxii. Navyše sa prach musí tvoriť vo veľmi krátkom čase, čo poskytuje ďalšie informácie o produkcii prachu z prvej hviezdnej populácie. “
Schopnosť nahliadnuť hlbšie do vesmíru a ďalej späť v čase viedla k mnohým prekvapujúcim objavom neskoro. A tieto zase spochybnili niektoré z našich predpokladov o tom, čo sa stalo vo vesmíre a kedy. A nakoniec pomáhajú vedcom vytvárať podrobnejší a úplnejší popis kozmického vývoja. Jedného dňa by sme mohli byť schopní odskúšať najskoršie okamihy vo vesmíre a sledovať stvorenie v akcii!
