Obrazový kredit: PPARC
Až dosud astronomové nebyli schopni najít spoustu údajů o tom, co se stalo v rané fázi vývoje vesmíru, když se předpokládalo, že vznikly hvězdy. Nový výzkum, prováděný astronomy pomocí observatoře Gemini v Chile, však odhalil několik galaxií před 8 až 11 miliardami let, které jsou více formovány, než se očekávalo. Mysleli si, že uvidí protogalaxie narážející do sebe, ale místo toho našli velmi zralé galaxie. Je možné, že černé díry byly na počátku vesmíru mnohem běžnější a sloužily jako kotvy pro rychlé vytvoření galaxií.
Až dosud byli astronomové téměř slepí, když se ohlédli v čase, aby prozkoumali období, kdy se očekávalo, že se vytvoří většina hvězd ve vesmíru. Tento kritický kosmologický slepý bod byl odstraněn týmem, včetně britského vědce, pomocí severního dalekohledu Fredericka C. Gilletta Geminiho, což ukazuje, že mnoho galaxií v mladém vesmíru se nechová podle očekávání před asi 8 až 11 miliardami let.
Překvapení: tyto galaxie se zdají být plně formovány a vyzrálé, než se očekávalo v této rané fázi vývoje vesmíru. Toto zjištění je podobné tomu, jak učitel chodil do třídy a očekával, že uvítá místnost plnou neslýchaných teenagerů a najde dobře upravené mladé dospělé.
"Teorie nám říká, že v této epochě by měly dominovat malé galaxie narážející spolu," řekl Dr. Roberto Abraham (University of Toronto), který je spoluřešitelem týmu provádějícího pozorování v Blížencích. "Vidíme, že velká část hvězd ve vesmíru je již na místě, když byl vesmír docela mladý, což by nemělo být." Tento pohled zpět v čase jasně ukazuje, že musíme znovu promyslet, co se stalo během této rané epochy v galaktické evoluci. Teoretici budou určitě mít něco, na co se budou hlodat!
Výsledky byly dnes oznámeny na 203. zasedání Americké astronomické společnosti v Atlantě v Gruzii. Data budou brzy zveřejněna celé astronomické komunitě pro další analýzu a čtyři články se blíží ke zveřejnění v Astrophysical Journal a The Astronomical Journal.
Dr. Isobel Hook, vedoucí britské skupiny Gemini Support Group se sídlem na Oxfordské univerzitě, je členem mnohonárodního týmu Gemini Deep Deep Survey (GDDS), který provedl šetření. Vysvětluje, jak tato technika funguje. Tým použil speciální techniku k zachycení nejslabšího galaktického světla, které kdy bylo rozptýleno do duhy barev nazývaných spektrum. Celkově byla shromážděna spektra z více než 300 galaxií, z nichž většina se nachází v takzvané „poušti Redshift“, což je relativně neprobádané období vesmíru, které pozorovaly dalekohledy, které se ohlédly do doby, kdy byl vesmír jen 3–6 miliard let. starý.
Dodává: Tato spektra představují nejúplnější vzorek galaxií v poušti Redshift. Získáním velkého množství dat ze čtyř široce oddělených polí poskytuje tento průzkum statistický základ pro vyvození závěrů, které byly podezřelé z minulých pozorování provedených Hubbleovým vesmírným dalekohledem, Keckovou observatoř, Subaru Telescope a Very Large Telescope za poslední desetiletí.
Studium slabých galaxií v této epochě, kdy byl vesmír jen 20-40% jeho současného věku, představuje pro astronomy skličující výzvu, i když využívají kapacitu sběru světla velkého dalekohledu, jako je Gemini North, se svým 8metrovým zrcadlem. Všechny předchozí průzkumy galaxií v této oblasti se zaměřily na galaxie, kde dochází k intenzivní tvorbě hvězd, což usnadňuje získávání spekter, ale vytváří zkreslený vzorek. GDDS byl schopen vybrat reprezentativnější vzorek včetně těch galaxií, které drží ty nejnormálnější, stmívačské a masivnější galaxie, které vyžadují speciální techniky pro koaxizaci spektra z jejich tlumeného světla.
„Data Gemini jsou nejkomplexnějším průzkumem, jaký kdy byl proveden a pokrývající velkou část galaxií, které představují podmínky v časném vesmíru. Toto jsou masivní galaxie, které je ve skutečnosti obtížnější studovat kvůli jejich nedostatku energetického světla z formování hvězd. Tyto vysoce rozvinuté galaxie, jejichž hvězdotvorná mládež je ve skutečnosti dávno pryč, by tam neměly být, ale jsou, “řekl spoluřešitel vyšetřovatel Dr. Karl Glazebrook (Johns Hopkins University).
Astronomové, kteří se snaží pochopit tento problém, možná budou muset dát všechno na stůl. "Není jasné, zda potřebujeme vyladit stávající modely nebo vyvinout nový, abychom porozuměli tomuto zjištění," uvedl třetí spoluřešitel výzkumu, Dr. Patrick McCarthy (Observatories of Carnegie Institution). "Ze spektra Blíženců je zcela zřejmé, že se jedná o skutečně velmi zralé galaxie a nevidíme účinky zakrývajícího prachu." Je zřejmé, že existují určité hlavní aspekty o raných životech galaxií, kterým prostě nerozumíme. Je dokonce možné, že černé díry mohly být mnohem všudypřítomnější, než jsme si mysleli v časném vesmíru, a hráli větší roli při nasazení časné formace galaxií. “
Jaká je pravděpodobně dominantní teorie galaktického vývoje, předpokládá se, že populaci galaxií v této rané fázi mělo dominovat evoluční stavební bloky. Vhodně nazývá hierarchický model, předpovídá, že normální až velké galaxie, stejně jako ty, které jsou studovány v této práci, by ještě neexistovaly a místo toho by se formovaly z místních úlů činnosti, kde rostly velké galaxie. GDDS odhaluje, že tomu tak nemusí být.
Spektra z tohoto průzkumu byla také použita ke stanovení znečištění mezihvězdného plynu těžkými prvky (nazývanými „kovy“) produkovanými hvězdami. Toto je klíčový ukazatel historie hvězdné evoluce v galaxiích. Sandra Savaglio (Johns Hopkins University), která studovala tento aspekt výzkumu, uvedla: „Naše interpretace vesmíru je silně ovlivněna způsobem, jakým jej pozorujeme. Protože GDDS pozoroval velmi slabé galaxie, mohli jsme detekovat mezihvězdný plyn, i když částečně zakrytý přítomností prachu. Studiem chemického složení mezihvězdného plynu jsme zjistili, že galaxie v našem průzkumu jsou bohatší na kovy, než se očekávalo. “
Richard Ellis komentoval: „Gemini Deep Deep Survey představuje velmi významný úspěch, a to jak technicky, tak vědecky. Průzkum poskytl nové a cenné sčítání galaxií během klíčového období v kosmické historii, které bylo dosud obtížné studovat, zejména pro klidovou složku populace galaxií. “
Pozorování v poušti Redshift zmařila moderní astronomy za poslední desetiletí. Zatímco astronomové věděli, že v poušti Redshift musí existovat spousta galaxií, je to pouze „poušť“, protože od mnoha z nich jsme nemohli získat dobrá spektra. Problém spočívá v tom, že klíčové spektroskopické prvky používané ke studiu těchto galaxií byly přesměrovány kvůli expanzi vesmíru do části optického spektra, které odpovídá slabé, přirozené, zakrývající záři v noční noční atmosféře.
K překonání tohoto problému byla na dalekohledu Gemini použita sofistikovaná technika nazvaná „Nod and Shuffle“. „Technika Nod a Shuffle nám umožňuje sklouznout ze slabé přirozené záře noční oblohy a odhalit jemná spektra galaxií pod ní. Tyto galaxie jsou více než 300krát slabší než tato záře oblohy, “vysvětluje Dr. Kathy Roth, astronom z Blíženců, který byl také součástí týmu a získal mnoho dat. "Ukázalo se, že je to mimořádně účinný způsob, jak radikálně snížit úrovně" šumu "nebo znečištění, které se nacházejí v signálu z elektronického detektoru světla."
Každé pozorování trvalo přibližně 30 hodin a současně vytvořilo téměř 100 spekter. Celý projekt vyžadoval přes 120 celkem hodin dalekohledu. "Je to hodně drahocenného času na obloze, ale když si uvědomíte, že nám to pomohlo vyplnit klíčovou 20% mezeru v našem chápání vesmíru, byl čas dobře strávený," dodává Dr. Glazebrook, který vyvinul použití Nod a Shuffle s Jossem Hawthornem pro slabé pozorování galaxií, zatímco v anglo-australské observatoři před několika lety.
Předchozí studie v poušti Redshift se soustředily na galaxie, které nebyly nutně reprezentativní pro mainstreamové systémy. Pro tuto studii byly galaxie pečlivě vybrány na základě údajů z infračerveného průzkumu v Las Campanas, aby se zajistilo, že silné galaxie s hvězdným výbojem emitující ultrafialové záření nebyly nadměrně vzorkovány. "Tato studie je jedinečná v tom, že jsme byli schopni studovat červený konec spektra, a to nám říká o věcích starých hvězd," říká Dr. Abraham. "Provedli jsme neuvěřitelně dlouhé expozice s Geminiabout desetkrát tak dlouho jako typické expozice." Podívejme se na mnohem slabší galaxie, než je tomu obvykle, a zaměřme se na většinu hvězd, namísto na honosné mladé. Díky tomu je pro nás mnohem snazší zjistit, jak se galaxie vyvíjejí. Už se na to nebudeme hádat studováním mladých objektů a předpokládáme, že staré objekty příliš nepřispívaly k příběhu evoluce galaxií. Ukázalo se, že existuje spousta starých galaxií, ale je těžké je najít. “
Původní zdroj: PPARC News Release
