Praegused galaktikate moodustamise teooriad põhinevad väiksemate olemite hierarhilisel liitmisel suuremateks ja suuremateks struktuurideks, alustades umbes tähekujulisest globaalsest klastrist ja lõpetades galaktikate klastritega. Selle stsenaariumi kohaselt eeldatakse, et noores universumis ei olnud massiivseid galaktikaid.
Seda seisukohta tuleb nüüd siiski võib-olla muuta. Kasutades mitme režiimiga FORS2 instrumenti Paranali väga suurel teleskoobil, on Itaalia astronoomide meeskond tuvastanud neli kaugemat galaktikat, mitu korda massiivsemad kui Linnutee galaktikad või sama massiivsed kui tänapäeva universumi kõige raskemad galaktikad. Need galaktikad pidid tekkima siis, kui Universum oli alles umbes 2000 miljonit aastat vana, see tähendab umbes 12 000 miljonit aastat tagasi.
Äsja avastatud objektid võivad kuuluda seni avastamata vanade massiivsete galaktikate populatsiooni.
Selliste süsteemide olemasolu näitab, et massiivsete elliptiliste galaktikate ehitamine oli varajases universumis palju kiirem, kui praegusest teooriast oodata võiks.
Hierarhiline liitmine
Galaktikad on nagu universumi saared, mis on tehtud nii tähtedest kui ka tolmu- ja gaasipilvedest. Neid on erineva suuruse ja kujuga. Astronoomid eristavad spiraalseid galaktikaid - nagu meie oma Linnutee, NGC 1232 või kuulsat Andromeda galaktikat - ja elliptilisi galaktikaid, viimased sisaldavad enamasti vanu tähti ja millel on väga vähe tolmu või gaasi. Mõned galaktikad on spiraalide ja elliptiliste vahepealsete vahedega ja neid nimetatakse läätsekujulisteks või sferoidseteks galaktikateks.
Galaktikad pole mitte ainult eristuva kujuga, vaid ka erineva suurusega: mõned võivad meie Linnutees olla nii kerged kui tähekujuline ümmargune kobar (st nad sisaldavad umbes sama palju kui paar miljonit Päikest), teised võivad aga olla massiivsemad kui miljon miljonit päikest. Praegu asuvad enam kui pooled tähedest universumis massiivsetes sferoidsetes galaktikates.
Kaasaegse astrofüüsika ja kosmoloogia üks peamisi avatud küsimusi on see, kuidas ja millal galaktikad moodustasid ja arenesid algfaasis, mis täitis varajase universumi. Praeguse populaarseima teooria kohaselt on kohaliku universumi galaktikad suhteliselt aeglase protsessi tulemus, kus väikesed ja vähem massiivsed galaktikad sulanduvad, moodustades järk-järgult suuremaid ja massiivsemaid galaktikaid. Selle stsenaariumi järgi, mida nimetatakse hierarhiliseks ühinemiseks, asustasid noored Universumit väikesed massid, mille mass oli väike, samas kui praegune Universum sisaldab suuri, vanu ja massiivseid galaktikaid - need on viimased, mis moodustuvad aeglase kokkupaneku protsessi lõpus.
Kui see stsenaarium vastab tõele, ei tohiks noorest universumist leida massiivseid elliptilisi galaktikaid. Teisisõnu, piiratud valguse kiiruse tõttu ei tohiks meist olla väga kaugel selliseid massiivseid galaktikaid. Ja tõepoolest, seni polnud seni veel kümme aastat tagasi avastatud punaselt nihkes 1.55 olnud raadiogalaktikast teada ühtegi vana elliptilist galaktikat.
K20 uuring
Galaktikate tekkeprotsessi paremaks mõistmiseks ja hierarhilise liitmise stsenaariumi õigsuse kontrollimiseks kasutasid Itaalia ja ESO astronoomide meeskond ESO väga suurt teleskoopi „ajamasinaks“ väga kaugete elliptiliste galaktikate otsimiseks. See pole siiski triviaalne. Kaugused elliptilised galaktikad, milles sisalduvad vanad ja punased tähed, peavad optiliste lainepikkuste korral olema tõepoolest väga nõrgad objektid, kuna suurem osa nende valgust nihkub punases spektri infrapunaosasse. Kaug-elliptilised galaktikad on seega ka kõige suuremate teleskoopide kõige raskemate vaatlusobjektide hulgas; see on ka põhjus, miks punase nihke rekord 1,55 on nii kaua püsinud.
Kuid see väljakutse ei peatanud teadlasi. Nad said VLT-l mitme režiimiga FORS2 sügava optilise spektroskoopia 546 nõrga objekti proovi jaoks, mis leiti taevapiirkonnas 52 kaarminini (ehk umbes üks kümnendik täiskuu pindalast), mida tuntakse väljana K20, ja mis osaliselt kattub GOODS-South piirkonnaga. Nende visadus tasus end ära ja neid premeeriti nelja vana massiivse galaktika avastamisega, mille punanihked olid vahemikus 1,6 kuni 1,9. Neid galaktikaid nähakse siis, kui Universum oli vaid umbes 25% praegusest vanusest, 13 700 miljoni aasta vanusest.
Ühes galaktikas sai K20 meeskond kasu ka ESO / GOODS meeskonna võetud avalikult kättesaadavate spektrite andmebaasist GOODS-South piirkonnas.
Uus galaktikate populatsioon
Äsja avastatud galaktikaid näeb seega siis, kui Universum oli umbes 3500 miljonit aastat vana, s.o 10 000 miljonit aastat tagasi. Kuid võetud spektritest selgub, et need galaktikad sisaldavad tähti, mille vanus on vahemikus 1000 kuni 2000 miljonit aastat. See tähendab, et galaktikad pidid olema vastavalt moodustunud varem ja et nad pidid oma koosseisu põhimõtteliselt lõpule viima hetkel, kui universum oli kõigest 1500 kuni 2500 miljonit aastat vana.
Näib, et galaktikatel on masse üle saja tuhande miljoni päikesemassi ja seetõttu on nad suuruses, mis sarnanevad tänapäeva universumi kõige massiivsemate galaktikatega. Hubble'i kosmoseteleskoobi uuringu GOODS („The Great Observatories Origins Deep Survey“) uuringu põhjal tehtud lisadipildid näitavad, et nende galaktikate struktuurid ja kuju on enam-vähem identsed tänapäevaste massiivsete elliptiliste galaktikate omadega.
Seetõttu on uued vaatlused paljastanud väga vanade ja massiivsete galaktikate uue populatsiooni.
Selliste massiivsete ja vanade sfääriliste galaktikate olemasolu varases universumis näitab, et tänapäevaste massiivsete elliptiliste galaktikate kokkupanek algas palju varem ja oli palju kiirem, kui hierarhilise liitmise teooria ennustas. Andrea Cimatti (INAF, Firenze, Itaalia), meeskonna juht: "Meie uus uuring tõstatab nüüd põhimõttelisi küsimusi meie mõistmise ja teadmiste kohta protsessidest, mis reguleerisid Universumi ja selle struktuuride geneesi ja evolutsioonilugu."
Algne allikas: ESO pressiteade
