Στην προσπάθειά τους να μάθουν πώς έγινε το Σύμπαν μας, οι επιστήμονες έχουν διερευνήσει πολύ βαθιά στο διάστημα (και ως εκ τούτου, πολύ πίσω στο παρελθόν). Τελικά, στόχος τους είναι να καθορίσουν πότε σχηματίστηκαν οι πρώτοι γαλαξίες στο Σύμπαν μας και ποια επίδραση είχαν στην κοσμική εξέλιξη. Οι πρόσφατες προσπάθειες εντοπισμού αυτών των πρώτων σχηματισμών έχουν ανιχνευθεί σε αποστάσεις έως και 13 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη - δηλαδή περίπου 1 δισεκατομμύριο χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Από αυτό, οι επιστήμονες είναι πλέον σε θέση να μελετήσουν πώς οι πρώτοι γαλαξίες επηρέασαν την ύλη γύρω τους - συγκεκριμένα, την επανένωση των ουδέτερων ατόμων. Δυστυχώς, οι περισσότεροι πρώτοι γαλαξίες είναι πολύ αχνείς, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη μελέτη του εσωτερικού τους. Αλλά χάρη σε μια πρόσφατη έρευνα που διεξήχθη από μια διεθνή ομάδα αστρονόμων, εντοπίστηκε ένας πιο φωτεινός, μαζικός γαλαξίας που θα μπορούσε να δώσει μια ξεκάθαρη ματιά στο πώς οι πρώτοι γαλαξίες οδήγησαν στον επαναπροσδιορισμό.
Η μελέτη που περιγράφει λεπτομερώς τα ευρήματά τους, με τίτλο "Ιδιότητες ISM ενός γαλαξία που σχηματίζει αστέρια με τεράστια σκόνη" Ανακαλύφθηκε στο ζ ~ 7 ", δημοσιεύθηκε πρόσφατα στις Η Αστροφυσική Εφημερίδα Γράμματα.Με επικεφαλής ερευνητές από το Ινστιτούτο Max Planck για τη Ραδιοαστρονομία στη Βόννη της Γερμανίας, η ομάδα βασίστηκε σε δεδομένα από την έρευνα South Tole Telescope (SPT) -SZ και την ALMA για να εντοπίσει έναν γαλαξία που υπήρχε πριν από 13 δισεκατομμύρια χρόνια (μόλις 800 εκατομμύρια χρόνια μετά η μεγάλη έκρηξη).
Σύμφωνα με το μοντέλο της κοσμολογίας Big Bang, η επανένωση αναφέρεται στη διαδικασία που πραγματοποιήθηκε μετά την περίοδο που είναι γνωστή ως «Σκοτεινοί Αιώνες». Αυτό συνέβη μεταξύ 380.000 και 150 εκατομμυρίων ετών μετά το Big Bang, όπου τα περισσότερα από τα φωτόνια στο Σύμπαν αλληλεπιδρούν με ηλεκτρόνια και πρωτόνια. Ως αποτέλεσμα, η ακτινοβολία αυτής της περιόδου δεν ανιχνεύεται από τα τρέχοντα όργανα μας - εξ ου και το όνομα.
Λίγο πριν από αυτήν την περίοδο, έγινε ο «ανασυνδυασμός», όπου άρχισαν να σχηματίζονται άτομα υδρογόνου και ηλίου. Αρχικά ιονίστηκαν (χωρίς ηλεκτρόνια συνδεδεμένα με τους πυρήνες τους) αυτά τα μόρια συνέλαβαν σταδιακά ιόντα καθώς το Σύμπαν ψύχθηκε, καθιστώντας ουδέτερο. Κατά τη διάρκεια της περιόδου που ακολούθησε - δηλαδή μεταξύ 150 εκατομμυρίων έως 1 δισεκατομμυρίου ετών μετά το Big Bang - άρχισε να σχηματίζεται η μεγάλης κλίμακας δομή του Σύμπαντος.
Εγγενές σε αυτό ήταν η διαδικασία του ιονικοποίησης, όπου σχηματίστηκαν τα πρώτα αστέρια και τα κβάζαρ και η ακτινοβολία τους επανασυντονίστηκε στο γύρω Σύμπαν. Είναι επομένως σαφές γιατί οι αστρονόμοι θέλουν να διερευνήσουν αυτήν την εποχή του Σύμπαντος. Παρατηρώντας τα πρώτα αστέρια και τους γαλαξίες, και τι επίδραση είχαν στον Κόσμο, οι αστρονόμοι θα πάρουν μια σαφέστερη εικόνα για το πώς αυτή η πρώιμη περίοδος οδήγησε στο Σύμπαν όπως το γνωρίζουμε σήμερα.
Ευτυχώς για την ερευνητική ομάδα, οι μαζικοί γαλαξίες που σχηματίζουν αστέρια αυτής της περιόδου είναι γνωστό ότι περιέχουν μεγάλη σκόνη. Ενώ είναι πολύ εξασθενημένοι στην οπτική ζώνη, αυτοί οι γαλαξίες εκπέμπουν ισχυρή ακτινοβολία σε μήκη κύματος υπομετρικού, γεγονός που τους καθιστά ανιχνεύσιμο χρησιμοποιώντας τα σημερινά προηγμένα τηλεσκόπια - όπως το τηλεσκόπιο South Pole (SPT), το πείραμα Atacama Pathfinder (APEX) και το Atacama Large Millimeter Array (ALMA ).
Για χάρη της μελέτης τους, οι Strandet και Weiss βασίστηκαν σε δεδομένα από το SPT για να ανιχνεύσουν μια σειρά σκονισμένων γαλαξιών από το πρώιμο Σύμπαν. Όπως είπε η Maria Strandet και ο Axel Weiss του Max Planck Institute for Radio Astronomy (και ο κύριος συγγραφέας και συν-συγγραφείς της μελέτης, αντίστοιχα) στο Space Magazine μέσω email:
«Έχουμε χρησιμοποιήσει φως μήκους κύματος περίπου 1 mm, το οποίο μπορεί να παρατηρηθεί από τηλεσκόπια mm όπως SPT, APEX ή ALMA. Σε αυτό το μήκος κύματος τα φωτόνια παράγονται από τη θερμική ακτινοβολία σκόνης. Η ομορφιά της χρήσης αυτού του μεγάλου μήκους κύματος είναι, ότι για ένα μεγάλο εύρος μετατόπισης ερυθρού (χρόνος πίσω), η μείωση των γαλαξιών [που προκαλείται] από την αύξηση της απόστασης αντισταθμίζεται από την κόκκινη μετατόπιση - έτσι η ένταση που παρατηρείται είναι ανεξάρτητη από την κόκκινη μετατόπιση. Αυτό συμβαίνει επειδή, για υψηλότερους γαλαξίες ερυθράς αλλαγής, κάποιος εξετάζει εγγενώς μικρότερα μήκη κύματος (κατά (1 + z)) όπου η ακτινοβολία είναι ισχυρότερη για ένα θερμικό φάσμα όπως το φάσμα σκόνης. "
Αυτό ακολουθήθηκε από δεδομένα από την ALMA, τα οποία η ομάδα χρησιμοποίησε για να προσδιορίσει την απόσταση των γαλαξιών εξετάζοντας το ερυθρό μήκος κύματος των μορίων μονοξειδίου του άνθρακα στα διαστρικά μέσα τους (ISM). Από όλα τα δεδομένα που συνέλεξαν, μπόρεσαν να περιορίσουν τις ιδιότητες ενός από αυτούς τους γαλαξίες - SPT0311-58 - παρατηρώντας τις φασματικές του γραμμές. Με αυτόν τον τρόπο, αποφάσισαν ότι αυτός ο γαλαξίας υπήρχε μόλις 760 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang.
«Δεδομένου ότι η ισχύς του σήματος στα 1 mm είναι ανεξάρτητη από την κόκκινη μετατόπιση (χρόνος πίσω), δεν έχουμε μια εκ των προτέρων ένδειξη εάν ένα αντικείμενο είναι σχετικά κοντά (με την κοσμολογική έννοια) ή στην εποχή του ιονικοποίησης», είπαν. «Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο πραγματοποιήσαμε μια μεγάλη έρευνα για να προσδιορίσουμε τις μετατοπίσεις μέσω των εκπομπών μοριακών γραμμών χρησιμοποιώντας το ALMA. Το SPT0311-58 αποδεικνύεται ότι είναι το υψηλότερο αντικείμενο ερυθράς αλλαγής που ανακαλύφθηκε σε αυτήν την έρευνα και στην πραγματικότητα ο πιο μακρινός τεράστιος σκονισμένος γαλαξίας που σχηματίζει αστέρια μέχρι τώρα.
Από τις παρατηρήσεις τους, διαπίστωσαν επίσης ότι το SPT0311-58 έχει μάζα περίπου 330 δισεκατομμυρίων ηλιακών μαζών, που είναι περίπου 66 φορές περισσότερο από τον γαλαξία του Γαλαξία (που έχει περίπου 5 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες). Υπολόγισαν επίσης ότι σχηματίζει νέα αστέρια με ρυθμό αρκετών χιλιάδων ετησίως, κάτι που θα μπορούσε να ισχύει και για τους γειτονικούς γαλαξίες που χρονολογούνται σε αυτήν την περίοδο.
Αυτό το σπάνιο και μακρινό αντικείμενο είναι ένας από τους καλύτερους υποψηφίους για να μελετήσει πώς ήταν το πρώιμο Σύμπαν και πώς έχει εξελιχθεί από τότε. Αυτό με τη σειρά του θα επιτρέψει στους αστρονόμους και κοσμολόγους να δοκιμάσουν τη θεωρητική βάση για τη θεωρία του Big Bang. Όπως είπε ο Strandet και ο Weiss στο Space Magazine για την ανακάλυψή τους:
«Αυτά τα αντικείμενα είναι σημαντικά για την κατανόηση της εξέλιξης των γαλαξιών στο σύνολό τους, καθώς οι μεγάλες ποσότητες σκόνης υπάρχουν ήδη σε αυτήν την πηγή, μόλις 760 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang, σημαίνει ότι είναι ένα εξαιρετικά τεράστιο αντικείμενο. Το απλό γεγονός ότι τόσο μεγάλοι γαλαξίες υπήρχαν ήδη όταν το Σύμπαν ήταν τόσο νεαρό θέτει ισχυρούς περιορισμούς στην κατανόησή μας για τη μαζική συσσώρευση γαλαξιών. Επιπλέον, η σκόνη πρέπει να σχηματιστεί σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, γεγονός που δίνει επιπλέον πληροφορίες για την παραγωγή σκόνης από τον πρώτο αστρικό πληθυσμό. "
Η ικανότητα να κοιτάμε βαθύτερα στο διάστημα και μακρύτερα στο παρελθόν, έχει οδηγήσει σε πολλές εκπληκτικές ανακαλύψεις στα τέλη. Και αυτά με τη σειρά τους αμφισβήτησαν ορισμένες από τις υποθέσεις μας για το τι συνέβη στο Σύμπαν και πότε. Και στο τέλος, βοηθούν τους επιστήμονες να δημιουργήσουν μια πιο λεπτομερή και πλήρη περιγραφή της κοσμικής εξέλιξης. Κάποια στιγμή σύντομα, θα μπορούσαμε ακόμη και να ανιχνεύσουμε τις πρώτες στιγμές στο Σύμπαν και να παρακολουθήσουμε τη δημιουργία σε δράση!
