Kujutise krediit: PPARC
Siiani pole astronoomid suutnud leida palju andmeid Universumi evolutsiooni varases faasis toimunu kohta, kui arvatakse, et tähed on moodustatud. Kuid Tšiilis Gemini observatooriumi abil astronoomide poolt läbi viidud uued uuringud on paljastanud mitu galaktikat 8–11 miljardit aastat tagasi, mis on arvatust täiuslikumalt moodustunud. Nad arvasid, et näevad protogalaksiaid üksteisega kokku puutuvat, kuid leidsid selle asemel väga küpsed galaktikad. Võimalik, et mustad augud olid varases universumis palju tavalisemad ja toimisid ankrutena galaktikate kiireks moodustamiseks.
Siiani on astronoomid ajas tagasi vaadates olnud peaaegu pimedad, et uurida ajastut, mil eeldati, et enamus tähti Universumis on moodustunud. Meeskond, sealhulgas Ühendkuningriigi teadlane, eemaldas selle kriitilise kosmoloogilise pimeala Frederick C. Gillett Gemini Põhja-teleskoobi abil, näidates, et paljud noore universumi galaktikad ei käitu nii, nagu võiks oodata umbes 8–11 miljardit aastat tagasi.
Üllatus: need galaktikad näivad olevat universumi arengu varases etapis oodatust paremini moodustunud ja küpsemad. See leid sarnaneb klassiruumi siseneva õpetajaga, kes ootab tervitama tuba, mis on täis rahutud teismelisi ja kes otsib hästi hoolitsetud noori täiskasvanuid.
"Teooria ütleb, et selles ajajärgus peaksid domineerima väikesed kokku põrkavad galaktikad," ütles dr Roberto Abraham (Toronto ülikool), kes on Kaksikute vaatlusi läbi viinud meeskonna kaasuurija. „Me näeme, et suur osa tähtedest Universumis on juba paigas, kui Universum oli üsna noor, mis ei tohiks nii olla. See pilk ajas tagasi näitab üsna selgelt, et peame ümber mõtlema, mis juhtus sellel galaktilise evolutsiooni varasel epohhil. Teoreetikutel on kindlasti midagi näksimiseks! ”
Tulemused tehti teatavaks täna Ameerika astronoomiaühingu 203. koosolekul Atlanta, Georgia. Andmed avaldatakse peagi kogu astronoomilise kogukonna jaoks edasiseks analüüsiks ja neli ettekannet on peagi valmimas, et avaldada need ajakirjades Astrophysical Journal ja The Astronomical Journal.
Oxfordi ülikoolis asuva Suurbritannia Kaksikute tugirühma juht dr Isobel Hook on juurdluse algatanud rahvusvaheliste Gemini Deep Deep Survey (GDDS) meeskonna liige. Ta selgitab, kuidas tehnika töötab. Meeskond kasutas spetsiaalset tehnikat, et jäädvustada kõige nõrgim galaktiline valgus, mis on kunagi spektriks kutsutud värvide vikerkaaresse jaotunud. Kokku koguti spektrid enam kui 300 galaktikast, millest suurem osa asub nn punase nihke kõrbe piires - suhteliselt uurimata universumi periood, mida teleskoobid nägid tagasi ajastule, mil universum oli kõigest 3–6 miljardit aastat vana.
Ta lisab: Need spektrid esindavad kõige täiuslikumat proovi, mis Redshifti kõrbes galaktikatest kunagi saadud. Neljast laialt eraldatud väljast suures koguses andmete saamiseks pakub see uuring statistilist alust järelduste tegemiseks, mida on kahtlustatud Hubble'i kosmoseteleskoobi, Kecki observatooriumi, Subaru teleskoobi ja väga suure teleskoobi viimase kümne aasta jooksul tehtud varasemate vaatluste põhjal.
Selle ajastu nõrkade galaktikate uurimine, kui universum oli vaid 20–40% praegusest vanusest, on astronoomidele hirmutav väljakutse isegi siis, kui kasutada väga suure teleskoobi, näiteks Gemini Northi valgusekogumisvõimet oma 8-meetrise peegliga. Kõik selle valdkonna varasemad galaktikauuringud on keskendunud galaktikatele, kus toimub intensiivne tähtede moodustumine, mis muudab spektrite saamise lihtsamaks, kuid annab erapooliku proovi. GDDS suutis valida esinduslikuma valimi, kaasa arvatud need galaktikad, kus on kõige tavalisemad, hämaramad ja massiivsemad galaktikad, mis nõuavad spetsiaalseid tehnikaid, et heleduse spektrit kohendada.
“Kaksikute andmed on kõige ulatuslikum uuring, mis eales tehtud, hõlmates suuremat osa galaktikatest, mis esindavad varajase universumi olusid. Need on tohutud galaktikad, mida on tegelikult keerulisem uurida, kuna neil puudub tähe moodustumisest tekkiv energeetiline valgus. Need kõrgelt arenenud galaktikad, mille tähekujuline noorpõlv on tegelikult juba ammu möödas, lihtsalt ei peaks seal olema, vaid on, ”ütles kaasuurija dr Karl Glazebrook (Johns Hopkinsi ülikool).
Astronoomid, kes üritavad seda küsimust mõista, peavad võib-olla kõik lauale panema. "On ebaselge, kas selle leidmise mõistmiseks peame olemasolevaid mudeleid näpistama või välja töötama uue," ütles uuringu kolmas kaasuurija dr Patrick McCarthy (Carnegie institutsiooni vaatluskeskused). “Kaksikute spektrist on üsna ilmne, et need on tõepoolest väga küpsed galaktikad ja me ei näe tolmu varjamise tagajärgi. Ilmselt on galaktikate varases elus mõned olulised aspektid, millest me lihtsalt ei saa aru. On isegi võimalik, et mustad augud võisid olla palju üldlevinud, kui me varase universumi ajal arvasime ja mängisid suuremat rolli varase galaktika moodustumise külvamisel. ”
Mis on vaieldamatult domineeriv galaktiliste evolutsiooniteooriate postuleerimine, et galaktikate populatsioonis oleks selles varajases staadiumis pidanud domineerima evolutsioonilised ehitusplokid. Seda nimetatakse hierarhiliseks mudeliks ja ennustatakse, et normaalseid ega suuri galaktikaid, nagu käesolevas töös uuritud, veel ei eksisteeri ning nad moodustuvad selle asemel kohalikest mesitarudest, kus suured galaktikad kasvasid. GDDS näitab, et see ei pruugi nii olla.
Selle uuringu spektreid kasutati ka tähtedevahelise gaasi saastamise määramiseks tähtede tekitatavate raskete elementidega (nn metallidega). See on galaktikate tähe evolutsiooni ajaloo põhinäitaja. Uurimistöö seda aspekti uurinud Sandra Savaglio (Johns Hopkinsi ülikool) ütles: “Meie tõlgendamine universumist mõjutab tugevalt seda, kuidas me seda vaatleme. Kuna GDDS vaatles väga nõrku galaktikaid, suutsime tähtedevahelise gaasi tuvastada isegi siis, kui seda osaliselt varjas tolm. Tähtedevahelise gaasi keemilist koostist uurides avastasime, et meie uuringus sisalduvad galaktikad on arvatust rohkem metallirikkad. ”
Caltechi astronoom dr Richard Ellis kommenteeris: “Gemini Deep Deep Survey on väga oluline saavutus nii tehniliselt kui ka teaduslikult. Uuring on andnud kosmilise ajaloo võtmeperioodil uue ja väärtusliku galaktikate loenduse, mida on seni olnud keeruline uurida, eriti galaktikate rahvastiku osas.
Vaatluste tegemine Redshifti kõrbes on viimase kümnendi kaasaegseid astronoome pettunud. Kuigi astronoomid on teadnud, et Redshifti kõrbes peab olema palju galaktikaid, on see vaid "kõrb", kuna me ei saanud paljudest neist häid spektreid. Probleem peitub tõsiasjas, et nende galaktikate uurimiseks kasutatud peamised spektroskoopilised omadused on Universumantoni optilise spektri osa laienemiseks punaseks nihkunud, mis vastab Maa öisele atmosfääri nõrgale, loomulikule, varjavale särale.
Selle probleemi lahendamiseks kasutati Kaksikute teleskoobis keerukat tehnikat nimega „Nod ja segamini“. „Nod ja Shuffle'i tehnika võimaldab meil öise taeva nõrga loodusliku sära ära kiskuda, et paljastada selle all olevad galaktikate õrnad spektrid. Need galaktikad on üle 300 korra õhemad kui see taevavalgus, ”selgitab Kaksikute astronoom dr Kathy Roth, kes oli ka meeskonna liige ja hankis suure osa andmetest. "See on osutunud äärmiselt tõhusaks viisiks müra või saaste taseme radikaalseks vähendamiseks, mis leitakse elektroonilisest valgusdetektorist saadavas signaalis."
Iga vaatlus kestis umbes 30 tundi ja see andis samaaegselt peaaegu 100 spektrit. Kogu projekt nõudis üle 120 tunni teleskoobi aega. "See on palju väärtuslikku aega taevas, kuid kui arvestada sellega, et see aitas meil aidata täita kriitilise 20% lünga meie arusaamas universumist, kulus see aeg hästi," lisab dr Glazebrook, kes töötas välja Nodi ja Shuffle'i kasutamine koos Joss Hawthorniga nõrkade galaktikavaatluste jaoks mõni aasta tagasi Anglo-Austraalia observatooriumis.
Varasemad uuringud Redshifti kõrbes on keskendunud galaktikatele, mis ei olnud tingimata mainstream süsteemide esindajad. Selle uuringu jaoks valiti galaktikad hoolikalt Las Campanase infrapunauuringu andmete põhjal, et veenduda, et tugevaid ultraviolettkiirgust kiirgavaid tähepuruga galaktikaid ei kontrollitaks üle. "See uuring on ainulaadne selle poolest, et saime uurida spektri punast otsa ja see räägib meile vanade tähtede ajastutest," ütleb dr Abraham. „Tegime Geminiaboutiga uskumatult pikki ekspositsioone kümme korda nii kaua, kui tüüpilisi. Vaadakem siis palju nõrgemaid galaktikaid kui tavaliselt, ja keskendugeme suurele osale tähtedest, mitte ainult toretsevate noorte asemel. See muudab meie galaktikate arengusuundade väljatöötamise palju lihtsamaks. Me ei arva enam noorte objektide uurimisega sellest aimugi ja eeldame, et vanad objektid ei aidanud galaktika evolutsioonilugu palju kaasa. Selgub, et seal on palju vanu galaktikaid, kuid neid on tõesti raske leida. ”
Algne allikas: PPARC pressiteade
