Ve snaze zjistit, jak vznikl náš vesmír, vědci zkoumali velmi hluboko do vesmíru (a tedy velmi daleko zpět v čase). Jejich cílem je nakonec zjistit, kdy se vytvořily první galaxie v našem vesmíru a jaký dopad měly na kosmický vývoj. Nedávné snahy o lokalizaci těchto nejčasnějších formací proběhly až do vzdálenosti 13 miliard světelných let od Země - tj. Asi 1 miliarda let po Velkém třesku.
Z toho vědci nyní mohou studovat, jak rané galaxie ovlivňovaly hmotu kolem nich - zejména reionizaci neutrálních atomů. Bohužel většina ranných galaxií je velmi slabá, což ztěžuje studium jejich interiérů. Ale díky nedávnému průzkumu, který provedl mezinárodní tým astronomů, byla spatřena světelnější, mohutnější galaxie, která mohla poskytnout jasný pohled na to, jak rané galaxie vedly k reionizaci.
Studie, která podrobně popisuje jejich nálezy, nazvaná „Vlastnosti ISM masivní galaxie tvořící hvězdu, která byla objevena na z ~ 7 “, byl nedávno zveřejněn v Astrofyzikální dopisy v časopisech.Tým vedený vědci z Institutu Maxe Plancka pro radioastronomii v německém Bonnu spoléhal na data z průzkumu Telescope South Pole Telescope (SPT) a ALMA, aby našel galaxii, která existovala před 13 miliardami let (pouhých 800 milionů let poté) velký třesk).
V souladu s kosmologickým modelem Velkého třesku odkazuje reionizace na proces, který se uskutečnil po období známém jako „temný věk“. K tomu došlo mezi 380 000 a 150 miliony let po Velkém třesku, kde většina fotonů ve vesmíru interagovala s elektrony a protony. Výsledkem je, že záření tohoto období je nezjistitelné našimi současnými nástroji - odtud název.
Těsně před tímto obdobím nastala „Rekombinace“, kdy se začaly tvořit atomy vodíku a helia. Zpočátku ionizované (bez elektronů vázaných na jejich jádra) tyto molekuly postupně zachytávaly ionty, když se vesmír ochladil a stal se neutrálním. V období, které následovalo - tj. Mezi 150 miliony až 1 miliardou let po Velkém třesku - se začala formovat rozsáhlá struktura vesmíru.
K tomu byl vlastní proces reionizace, kdy se vytvořily první hvězdy a kvasary a jejich záření reionizovalo okolní vesmír. Je tedy zřejmé, proč chtějí astronomové zkoušet tuto éru vesmíru. Pozorováním prvních hvězd a galaxií a jejich vlivu na vesmír získají astronomové jasnější představu o tom, jak toto rané období vedlo k Vesmíru, jak ho známe dnes.
Naštěstí pro výzkumný tým je známo, že masivní hvězdné galaxie tohoto období obsahují velké množství prachu. I když jsou v optickém pásmu velmi slabé, tyto galaxie emitují silné záření na submilimetrových vlnových délkách, což je činí detekovatelnými pomocí dnešních pokročilých dalekohledů - včetně dalekohledu na jižním pólu (SPT), experimentu Atacama Pathfinder Experiment (APEX) a Atacama Large Millimeter Array (ALMA) ).
Pro účely studia se Strandet a Weiss spoléhali na data z SPT, aby zjistili řadu zaprášených galaxií z raného vesmíru. Jak Maria Strandet a Axel Weiss z Institutu Maxe Plancka pro rozhlasovou astronomii (a hlavní autor a spoluautoři studie) uvedli časopisu Space Magazine e-mailem:
„Použili jsme světlo o vlnové délce asi 1 mm, které lze pozorovat pomocí dalekohledů mm jako SPT, APEX nebo ALMA. Při této vlnové délce jsou fotony vytvářeny tepelným zářením prachu. Krása použití této dlouhé vlnové délky spočívá v tom, že pro velký rozsah červeného posunu (doba zpětného pohledu) je stmívání galaxií [způsobené] rostoucí vzdáleností kompenzováno červeným posunem - pozorovaná intenzita je tedy nezávislá na červeném posunu. Je tomu tak proto, že pro galaxie s vyšším červeným posunem se člověk dívá na podstatně kratší vlnové délky (o 1 + z), kde záření je silnější pro tepelné spektrum, jako je prachové spektrum. “
Následovaly údaje z ALMA, které tým použil k určení vzdálenosti galaxií sledováním rudě posunuté vlnové délky molekul oxidu uhelnatého v jejich mezihvězdných médiích (ISM). Ze všech shromážděných údajů dokázali omezit vlastnosti jedné z těchto galaxií - SPT0311-58 - pozorováním jejích spektrálních čar. Tím určili, že tato galaxie existuje pouhých 760 milionů let po Velkém třesku.
"Protože síla signálu na 1 mm je nezávislá na červeném posunu (doba zpětného pohledu), nemáme apriorní stopu, pokud je objekt relativně blízko (v kosmologickém smyslu) nebo v epochě reionizace," uvedli. "Proto jsme provedli velký průzkum, abychom určili redshifts přes emisi molekulárních linií pomocí ALMA." Ukázalo se, že SPT0311-58 je nejvyšším objektem redshift objeveným v tomto průzkumu a ve skutečnosti je to dosud nejvzdálenější masivní prachotvorná galaxie, která byla dosud objevena. “
Ze svých pozorování také určili, že SPT0311-58 má hmotnost asi 330 miliard solárních hmot, což je asi 66krát více než galaxie Mléčná dráha (která má asi 5 miliard solárních hmot). Odhadovali také, že vytváří nové hvězdy rychlostí několika tisíc za rok, což by mohlo platit pro sousední galaxie, které jsou datovány do tohoto období.
Tento vzácný a vzdálený objekt je jedním z nejlepších kandidátů na studium toho, jak vypadal raný vesmír a jak se od té doby vyvíjel. To zase umožní astronomům a kosmologům otestovat teoretický základ teorie Teorie velkého třesku. Jak Strandet a Weiss řekli Space Magazine o jejich objevu:
„Tyto objekty jsou důležité pro pochopení evoluce galaxií jako celku, protože velké množství prachu, který je již v tomto zdroji, pouhých 760 milionů let po Velkém třesku, znamená, že se jedná o nesmírně masivní objekt. Pouhá skutečnost, že takové masivní galaxie existovaly již v době, kdy byl vesmír ještě tak mladý, představuje silná omezení pro naše chápání hromadění galaxií. Navíc se prach musí tvořit ve velmi krátké době, což dává další pohled na produkci prachu z první hvězdné populace. “
Schopnost podívat se hlouběji do vesmíru a dále zpět v čase vedla k mnoha překvapivým objevům pozdě. A to zase zpochybnilo některé z našich předpokladů o tom, co se stalo ve vesmíru a kdy. A nakonec pomáhají vědcům vytvořit podrobnější a úplnější popis kosmického vývoje. Jednoho dne bychom mohli být schopni prozkoumat nejranější okamžiky ve vesmíru a sledovat tvorbu v akci!
