Πιστωτική εικόνα: PPARC
Μέχρι τώρα, οι αστρονόμοι δεν μπόρεσαν να βρουν πολλά δεδομένα για το τι συνέβη σε πρώιμη φάση στην εξέλιξη του Σύμπαντος, όταν πιστεύεται ότι σχηματίστηκαν τα αστέρια. Ωστόσο, μια νέα έρευνα, που πραγματοποιήθηκε από αστρονόμους χρησιμοποιώντας το παρατηρητήριο Δίδυμοι στη Χιλή, αποκάλυψε αρκετούς γαλαξίες πριν από 8 έως 11 δισεκατομμύρια χρόνια, οι οποίοι είναι πιο πλήρως σχηματισμένοι από το αναμενόμενο. Νόμιζαν ότι θα έβλεπαν πρωτόγαλαξα να συγκρούονται μεταξύ τους, αλλά αντίθετα βρήκαν πολύ ώριμους γαλαξίες. Είναι πιθανό ότι οι μαύρες τρύπες ήταν πολύ πιο συχνές στις αρχές του Σύμπαντος και χρησίμευαν ως άγκυρες για να σχηματίσουν γαλαξίες γρήγορα.
Μέχρι τώρα, οι αστρονόμοι ήταν σχεδόν τυφλοί όταν κοιτούσαν πίσω στο χρόνο για να εξετάσουν μια εποχή όπου τα περισσότερα αστέρια στο Σύμπαν αναμενόταν να έχουν σχηματιστεί. Αυτό το κρίσιμο κοσμολογικό τυφλό σημείο έχει αφαιρεθεί από μια ομάδα, συμπεριλαμβανομένου ενός βρετανικού επιστήμονα, χρησιμοποιώντας το Βόρειο Τηλεσκόπιο Frederick C. Gillett Gemini, δείχνοντας ότι πολλοί γαλαξίες στο νεαρό Σύμπαν δεν συμπεριφέρονται όπως αναμενόταν πριν από περίπου 8-11 δισεκατομμύρια χρόνια.
Η έκπληξη: αυτοί οι γαλαξίες φαίνεται να είναι πιο πλήρως διαμορφωμένοι και ώριμοι από το αναμενόμενο σε αυτό το πρώιμο στάδιο της εξέλιξης του Σύμπαντος. Αυτό το εύρημα είναι παρόμοιο με έναν δάσκαλο που μπαίνει σε μια τάξη περιμένοντας να χαιρετήσει ένα δωμάτιο γεμάτο απείθαρχους εφήβους και να βρει καλά καλλωπισμένους νεαρούς ενήλικες.
«Η θεωρία μας λέει ότι αυτή η εποχή πρέπει να κυριαρχείται από μικρούς γαλαξίες που συντρίβονται μαζί», δήλωσε ο Δρ Roberto Abraham (Πανεπιστήμιο του Τορόντο), ο οποίος είναι συν-κύριος ερευνητής της ομάδας που διεξάγει τις παρατηρήσεις στο Gemini. «Βλέπουμε ότι ένα μεγάλο μέρος των αστεριών στο Σύμπαν είναι ήδη σε ισχύ όταν το Σύμπαν ήταν αρκετά νέο, κάτι που δεν θα έπρεπε να ισχύει. Αυτή η ματιά στο παρελθόν δείχνει ξεκάθαρα ότι πρέπει να ξανασκεφτούμε τι συνέβη κατά τη διάρκεια αυτής της πρώιμης εποχής στη γαλαξιακή εξέλιξη. Οι θεωρητικοί θα έχουν σίγουρα κάτι για να ξανακοιτάξουν! "
Τα αποτελέσματα ανακοινώθηκαν σήμερα στη 203η συνάντηση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας στην Ατλάντα της Γεωργίας. Τα δεδομένα θα κυκλοφορήσουν σύντομα σε ολόκληρη την αστρονομική κοινότητα για περαιτέρω ανάλυση και τέσσερις εργασίες πλησιάζουν στην ολοκλήρωση για δημοσίευση στο The Astrophysical Journal και The Astronomical Journal.
Ο Δρ Isobel Hook, αρχηγός της ομάδας υποστήριξης Gemini του Ηνωμένου Βασιλείου, που εδρεύει στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, είναι μέλος της πολυεθνικής ομάδας Gemini Deep Deep Survey (GDDS) που ανέλαβε την έρευνα. Εξηγεί πώς λειτουργεί η τεχνική. Η ομάδα χρησιμοποίησε μια ειδική τεχνική για να συλλάβει το πιο αμυδρό γαλαξιακό φως που έχει τεμαχιστεί ποτέ στο ουράνιο τόξο των χρωμάτων που ονομάζεται φάσμα. Συνολικά, συλλέχθηκαν φάσματα από περισσότερους από 300 γαλαξίες, οι περισσότεροι από τους οποίους αποκαλούνται "Redshift Desert", μια σχετικά ανεξερεύνητη περίοδος του Σύμπαντος, την οποία βλέπουν τα τηλεσκόπια σε μια εποχή που το σύμπαν ήταν μόλις 3-6 δισεκατομμύρια χρόνια παλαιός.
Προσθέτει, Αυτά τα φάσματα αντιπροσωπεύουν το πληρέστερο δείγμα γαλαξιών που έχουν ληφθεί ποτέ στην ερυθρά ερυθρή μετατόπιση. Με τη λήψη μεγάλων ποσοτήτων δεδομένων από τέσσερα ευρέως διαχωρισμένα πεδία, αυτή η έρευνα παρέχει τη στατιστική βάση για την εξαγωγή συμπερασμάτων που υπήρχαν υποψίες από προηγούμενες παρατηρήσεις που έγιναν από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble, το Παρατηρητήριο Keck, το Τηλεσκόπιο Subaru και το Τηλεσκόπιο Πολύ Μεγάλο την τελευταία δεκαετία.
Η μελέτη των αχνών γαλαξιών σε αυτήν την εποχή, όταν το Σύμπαν ήταν μόλις το 20-40% της τρέχουσας εποχής του, αποτελεί μια τρομακτική πρόκληση για τους αστρονόμους, ακόμη και όταν χρησιμοποιείται η ικανότητα συγκέντρωσης φωτός ενός πολύ μεγάλου τηλεσκοπίου όπως το Gemini North με τον καθρέφτη 8 μέτρων. Όλες οι προηγούμενες έρευνες γαλαξιών σε αυτόν τον κόσμο έχουν επικεντρωθεί σε γαλαξίες όπου συμβαίνει έντονος σχηματισμός αστεριών, γεγονός που καθιστά ευκολότερη τη λήψη φασμάτων, αλλά παράγει ένα προκατειλημμένο δείγμα. Το GDDS μπόρεσε να επιλέξει ένα πιο αντιπροσωπευτικό δείγμα συμπεριλαμβανομένων εκείνων των γαλαξιών που κρατούν τα πιο ασυνήθιστα, πιο αμυδρό και πιο μαζικά γαλαξία που απαιτούν ειδικές τεχνικές για να πείσουν ένα φάσμα από το αμυδρό φως τους.
«Τα δεδομένα Δίδυμοι είναι η πιο ολοκληρωμένη έρευνα που έγινε ποτέ και καλύπτει το μεγαλύτερο μέρος των γαλαξιών που αντιπροσωπεύουν συνθήκες στο πρώιμο Σύμπαν. Αυτοί είναι οι τεράστιοι γαλαξίες που στην πραγματικότητα είναι πιο δύσκολο να μελετηθούν λόγω της έλλειψης ενεργητικού φωτός από τον σχηματισμό των αστεριών. Αυτοί οι ιδιαίτερα ανεπτυγμένοι γαλαξίες, των οποίων η νεολαία που σχηματίζει αστέρια στην πραγματικότητα έχει φύγει πολύ, απλά δεν πρέπει να είναι εκεί, αλλά είναι », δήλωσε ο συν-κύριος ερευνητής Δρ Karl Glazebrook (Πανεπιστήμιο Johns Hopkins).
Οι αστρονόμοι που προσπαθούν να καταλάβουν αυτό το ζήτημα ίσως χρειαστεί να θέσουν τα πάντα στο τραπέζι. "Δεν είναι σαφές εάν πρέπει να τροποποιήσουμε τα υπάρχοντα μοντέλα ή να αναπτύξουμε ένα νέο για να κατανοήσουμε αυτό το εύρημα", δήλωσε ο τρίτος συν-κύριος ερευνητής της έρευνας, Δρ. Patrick McCarthy (Παρατηρητήρια του Ιδρύματος Carnegie). «Είναι πολύ προφανές από τα φάσματα των Δίδυμων ότι αυτοί είναι πράγματι πολύ ώριμοι γαλαξίες και δεν βλέπουμε τα αποτελέσματα της σκοτεινής σκόνης. Προφανώς υπάρχουν ορισμένες σημαντικές πτυχές σχετικά με την πρώιμη ζωή των γαλαξιών που απλά δεν καταλαβαίνουμε. Είναι ακόμη πιθανό οι μαύρες τρύπες να ήταν πολύ πιο πανταχού παρούσες από ό, τι νομίζαμε στο πρώιμο Σύμπαν και έπαιξαν μεγαλύτερο ρόλο στη σπορά του πρώιμου σχηματισμού γαλαξιών. "
Αυτό που είναι αναμφισβήτητα η κυρίαρχη θεωρία της γαλαξιακής εξέλιξης υποδηλώνει ότι ο πληθυσμός των γαλαξιών σε αυτό το πρώιμο στάδιο θα έπρεπε να κυριαρχείται από εξελικτικά δομικά στοιχεία. Καλώς ονομάζεται Ιεραρχικό Μοντέλο, προβλέπει ότι φυσιολογικοί έως μεγάλοι γαλαξίες, όπως αυτοί που μελετήθηκαν σε αυτό το έργο, δεν θα υπήρχαν ακόμη και θα αποτελούσαν αντ 'αυτού από τοπικές κυψέλες δραστηριότητας όπου μεγάλονταν μεγάλοι γαλαξίες. Το GDDS αποκαλύπτει ότι αυτό μπορεί να μην ισχύει.
Τα φάσματα αυτής της έρευνας χρησιμοποιήθηκαν επίσης για τον προσδιορισμό της ρύπανσης του διαστρικού αερίου από βαριά στοιχεία (που ονομάζονται «μέταλλα») που παράγονται από αστέρια. Αυτός είναι ένας βασικός δείκτης της ιστορίας της αστρικής εξέλιξης στους γαλαξίες. Η Sandra Savaglio (Πανεπιστήμιο Johns Hopkins), η οποία μελέτησε αυτή την πτυχή της έρευνας είπε: «Η ερμηνεία μας για το Σύμπαν επηρεάζεται έντονα από τον τρόπο που το παρατηρούμε. Επειδή το GDDS παρατήρησε πολύ αδύναμους γαλαξίες, θα μπορούσαμε να ανιχνεύσουμε το διαστρικό αέριο ακόμα και αν εν μέρει επικαλυφθεί από την παρουσία σκόνης. Μελετώντας τη χημική σύνθεση του διαστρικού αερίου, ανακαλύψαμε ότι οι γαλαξίες στην έρευνά μας είναι πιο πλούσιοι σε μέταλλα από το αναμενόμενο. "
Ο αστρονόμος του Caltech, ο Δρ. Richard Ellis σχολίασε: «Η έρευνα Deep Gemini Deep Deep αποτελεί ένα πολύ σημαντικό επίτευγμα, τόσο τεχνικά όσο και επιστημονικά. Η έρευνα παρείχε μια νέα και πολύτιμη απογραφή γαλαξιών κατά τη διάρκεια μιας βασικής περιόδου στην κοσμική ιστορία, μια που ήταν δύσκολο να μελετηθεί μέχρι τώρα, ειδικά για το ήρεμο συστατικό του πληθυσμού των γαλαξιών. "
Η πραγματοποίηση παρατηρήσεων στην έρημο Redshift έχει απογοητεύσει τους σύγχρονους αστρονόμους για την τελευταία δεκαετία. Ενώ οι αστρονόμοι γνωρίζουν ότι πρέπει να υπάρχουν πολλοί γαλαξίες στην έρημο Redshift, είναι μόνο μια «έρημος» επειδή δεν μπορούσαμε να πάρουμε καλά φάσματα από πολλούς από αυτούς. Το πρόβλημα έγκειται στο γεγονός ότι τα βασικά φασματοσκοπικά χαρακτηριστικά που χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη αυτών των γαλαξιών μετατοπίστηκαν λόγω της επέκτασης του Σύμπαντος σε ένα μέρος του οπτικού φάσματος που αντιστοιχεί σε μια εξασθενημένη, φυσική, σκοτεινή λάμψη στη νυχτερινή ατμόσφαιρα της Γης.
Για να ξεπεραστεί αυτό το πρόβλημα, χρησιμοποιήθηκε μια περίπλοκη τεχνική που ονομάζεται «Nod and Shuffle» στο τηλεσκόπιο Gemini. «Η τεχνική Nod and Shuffle μας επιτρέπει να απομακρύνουμε την αχνή φυσική λάμψη του νυχτερινού ουρανού για να αποκαλύψουμε τα αδύναμα φάσματα των γαλαξιών κάτω από αυτό. Αυτοί οι γαλαξίες είναι πάνω από 300 φορές πιο αμυδρές από αυτήν τη λάμψη του ουρανού », εξηγεί ο Δρ Kathy Roth, αστρονόμος στο Δίδυμο, ο οποίος ήταν επίσης μέλος της ομάδας και έλαβε πολλά από τα δεδομένα. "Έχει αποδειχθεί ότι είναι ένας εξαιρετικά αποτελεσματικός τρόπος για να μειώσει ριζικά τα επίπεδα θορύβου ή μόλυνσης που βρίσκονται στο σήμα από έναν ηλεκτρονικό ανιχνευτή φωτός."
Κάθε παρατήρηση διήρκεσε περίπου 30 ώρες και παρήγαγε σχεδόν 100 φάσματα ταυτόχρονα. Ολόκληρο το έργο απαιτούσε πάνω από 120 συνολικές ώρες τηλεσκοπίου. "Αυτός είναι πολύτιμος χρόνος στον ουρανό, αλλά όταν θεωρείτε ότι μας επέτρεψε να συμπληρώσουμε ένα κρίσιμο κενό 20% στην κατανόησή μας για το Σύμπαν, ήταν πολύ καλός χρόνος", προσθέτει ο Δρ Glazebrook που ανέπτυξε τη χρήση του Nod και του Shuffle με τον Joss Hawthorn για εξασθενημένες παρατηρήσεις γαλαξιών, ενώ στο Αγγλο-Αυστραλιανό Παρατηρητήριο πριν από λίγα χρόνια.
Προηγούμενες μελέτες στην έρημο Redshift επικεντρώθηκαν σε γαλαξίες που δεν ήταν απαραίτητα αντιπροσωπευτικοί των συστημάτων mainstream. Για αυτήν τη μελέτη, οι γαλαξίες επιλέχθηκαν προσεκτικά με βάση δεδομένα από την Έρευνα υπέρυθρης ακτινοβολίας Las Campanas, προκειμένου να διασφαλιστεί ότι οι ισχυροί υπεριώδεις γαλαξίες που εκπέμπουν αστέρι δεν υπεραναλήφθηκαν. «Αυτή η μελέτη είναι μοναδική στο ότι καταφέραμε να μελετήσουμε το κόκκινο άκρο του φάσματος, και αυτό μας λέει για τις ηλικίες των παλιών αστεριών», λέει ο Δρ Abraham. «Πραγματοποιήσαμε απίστευτα μεγάλα ανοίγματα με το Geminiabout δέκα φορές όσο τα τυπικά ανοίγματα. Αυτό μας επιτρέπει να δούμε πολύ πιο αδύναμους γαλαξίες από ό, τι συμβαίνει συνήθως, και ας επικεντρωθούμε στο μεγαλύτερο μέρος των αστεριών, αντί μόνο στα φανταχτερά νεαρά. Αυτό καθιστά πολύ πιο εύκολο για εμάς να δούμε πώς εξελίσσονται οι γαλαξίες. Δεν το μαντέψουμε πια μελετώντας νεαρά αντικείμενα και υποθέτοντας ότι τα παλιά αντικείμενα δεν συνέβαλαν πολύ στην ιστορία της εξέλιξης του γαλαξία. Αποδεικνύεται ότι υπάρχουν πολλοί παλιοί γαλαξίες εκεί έξω, αλλά είναι πραγματικά δύσκολο να βρεθούν. "
Αρχική πηγή: Δελτίο Τύπου PPARC
