Кредит за изображение: PPARC
Досега астрономите не успяха да намерят много данни за случилото се в ранна фаза в еволюцията на Вселената, когато се смяташе, че звездите са се образували. Но ново изследване, извършено от астрономи, използващи обсерваторията Близнаци в Чили, разкри няколко галактики преди 8 до 11 милиарда години, които са по-пълно формирани от очакваното. Те смятаха, че ще видят протогалаксии да се разбиват една в друга, но вместо това намериха много зрели галактики. Възможно е черните дупки да са много по-често срещани в ранната Вселена и да служат като котви за бързо образуване на галактики.
Досега астрономите са почти слепи, когато поглеждат назад във времето, за да изследват епоха, когато се очакваше да са се образували повечето звезди във Вселената. Тази критична космологична слепа е отстранена от екип, включително британски учен, използвайки Северния телескоп на Frederick C. Gillett Gemini, показващ, че много галактики в младата Вселена не се държат така, както се очакваше преди около 8-11 милиарда години.
Изненадата: изглежда, че тези галактики са по-пълно формирани и зрели от очакваното на този ранен етап от еволюцията на Вселената. Тази констатация е подобна на учител, който влиза в класната стая, очаквайки да поздрави стая, пълна с невъзпитани тийнейджъри и да намери добре поддържани млади хора.
"Теорията ни казва, че тази епоха трябва да бъде доминирана от малки галактики, сриващи се заедно", казва д-р Роберто Абрахам (Университетът на Торонто), който е главен изследовател на екипа, провеждащ наблюденията в Близнаци. „Виждаме, че голяма част от звездите във Вселената са вече на мястото си, когато Вселената е била доста млада, което не трябва да е така. Този поглед назад във времето показва доста ясно, че трябва да преосмислим случилото се през тази ранна епоха в галактическата еволюция. Теоретиците определено ще имат какво да се грижат! ”
Резултатите бяха обявени днес на 203-ата среща на Американското астрономическо дружество в Атланта, Джорджия. Данните скоро ще бъдат публикувани на цялата астрономическа общност за по-нататъшен анализ, а четири документа са към приключване за публикуване в The Astrophysical Journal и The Astronomical Journal.
Д-р Изобел Хук, лидер на британската група за поддръжка на Близнаци, базирана в Оксфордския университет, е член на екипа за многонационално изследване на дълбоките дълбочини (GDDS), който предприе разследването. Тя обяснява как работи техниката. Екипът използва специална техника за улавяне на най-слабата галактическа светлина, разчленена някога в дъгата от цветове, наречена спектър. Като цяло бяха събрани спектри от над 300 галактики, повечето от които са в рамките на така наречената „Пустинята на червено изместване“, сравнително неизследван период на Вселената, гледан от телескопи, гледащи назад към епоха, когато Вселената е била едва 3-6 милиарда години стар.
Тя добавя: Тези спектри представляват най-пълната проба, получена някога от галактики в пустинята Redshift. Чрез получаване на големи количества данни от четири широко отделени области, това проучване предоставя статистическата основа за направата на заключения, за които се подозира, че минали наблюдения, направени от космическия телескоп Хъбъл, обсерваторията Кек, телескопа Subaru и много големия телескоп през последното десетилетие.
Изучаването на слабите галактики в тази епоха, когато Вселената е била само 20-40% от сегашната си епоха, представлява поразително предизвикателство за астрономите, дори и при използване на капацитета за събиране на светлина на много голям телескоп като Gemini North с 8-метровото си огледало. Всички предишни галактически проучвания в тази сфера бяха фокусирани върху галактики, където се наблюдава интензивно образуване на звезди, което улеснява получаването на спектри, но създава пристрастна проба. GDDS успя да избере по-представителна извадка, включително онези галактики, които притежават най-много звезди, нормални, по-димни и по-масивни галактики, които изискват специални техники, за да присвояват спектър от тяхната тъмна светлина.
„Данните на Близнаците са най-пълното проучване, правено някога, обхващащо по-голямата част от галактиките, които представляват условия в ранната Вселена. Това са масивните галактики, които всъщност са по-трудни за изследване поради липсата на енергийна светлина от образуването на звезди. Тези силно развити галактики, чиято звезда, образуваща звезди, всъщност отдавна няма, просто не бива да са там, но са ”, каза съ-главният изследовател д-р Карл Глазбрук (Университета на Джон Хопкинс).
Астрономите, които се опитват да разберат този проблем, може би трябва да поставят всичко на масата. „Не е ясно дали трябва да оправим съществуващите модели или да разработим нов, за да разберем тази констатация“, каза третият съосновател на проучването д-р Патрик Маккарти (Обсерватории от институцията Карнеги). „От спектрите на Близнаци е съвсем очевидно, че това наистина са много зрели галактики и ние не виждаме ефектите от затъмняването на праха. Очевидно има някои основни аспекти за ранния живот на галактиките, които просто не разбираме. Възможно е дори черните дупки да са били много по-повсеместни, отколкото мислехме в ранната Вселена и да играят по-голяма роля в засяването на ранното формиране на галактики. “
Това, което може би е доминиращата теория за еволюцията на галактиката, постулира, че популацията на галактики на този ранен етап е трябвало да бъде доминирана от еволюционни градивни елементи. Апетитно наречен йерархичен модел, той прогнозира, че нормалните до големи галактики, като тези, изучени в тази работа, все още няма да съществуват и вместо това ще се формират от местни кошери на дейност, където големите галактики растат. GDDS разкрива, че това може да не е така.
Спектрите от това изследване също бяха използвани за определяне на замърсяването на междузвездния газ от тежки елементи (наречени „метали“), произведени от звезди. Това е ключов показател за историята на звездната еволюция в галактиките. Сандра Савальо (Университета Джон Хопкинс), който изучава този аспект на изследването, казва: „Нашата интерпретация на Вселената е силно повлияна от начина, по който я наблюдаваме. Тъй като GDDS наблюдава много слаби галактики, бихме могли да открием междузвездния газ, дори частично затъмнен от присъствието на прах. Изучавайки химичния състав на междузвездния газ, открихме, че галактиките в нашето изследване са по-богати на метали от очакваното. "
Калтех астрономът, д-р Ричард Елис коментира: „Дълбокото изследване на Близнаци представлява много значимо постижение, както технически, така и научно. Проучването предоставя ново и ценно преброяване на галактиките през ключов период от космическата история, който е труден за изследване досега, особено за тихия компонент от населението на галактиката. "
Наблюденията в пустинята Redshift изнервят съвременните астрономи през последното десетилетие. Въпреки че астрономите са знаели, че в пустинята Redshift трябва да има много галактики, това е само „пустиня“, защото не бихме могли да получим добри спектри от много от тях. Проблемът се състои във факта, че ключовите спектроскопични характеристики, използвани за изследване на тези галактики, са били преместени вследствие на разширяването на Вселената в част от оптичния спектър, която съответства на слабо, естествено, затъмняващо сияние в нощната атмосфера на Земята.
За да се преодолее този проблем, на телескопа Gemini е използвана сложна техника, наречена „Nod and Shuffle“. „Техниката„ Nod and Shuffle “ни позволява да се измъкнем от слабото естествено сияние на нощното небе, за да разкрием слабите спектри на галактиките под него. Тези галактики са над 300 пъти по-бледи от това небесно сияние “, обяснява д-р Кати Рот, астроном в Близнаци, който също беше част от екипа и получи голяма част от данните. „Оказа се изключително ефективен начин за радикално намаляване на нивата на„ шум “или замърсяване, които се намират в сигнала от електронен детектор на светлина.“
Всяко наблюдение е еквивалентно на около 30 часа и е произвеждало близо 100 спектъра едновременно. Целият проект изисква над 120 общи часа телескоп. „Това е много ценно време в небето, но когато смятате, че ни позволи да помогнем за попълването на решаваща 20% пропаст в нашето разбиране за Вселената, времето беше добре прекарано“, добавя д-р Glazebrook, който разработва използването на Nod and Shuffle с Joss Hawthorn за слаби галактически наблюдения, докато в Англо-австралийската обсерватория преди няколко години.
Предишните проучвания в пустинята Redshift са се концентрирали върху галактики, които не са непременно представителни за основните системи. За това проучване, галактиките бяха внимателно подбрани въз основа на данни от Инфрачервеното изследване в Лас Кампанас, за да се гарантира, че силните ултравиолетови излъчващи звездни изблици не са надвишавани. „Това проучване е уникално по това, че успяхме да изучим червения край на спектъра и това ни говори за вековете на стари звезди“, казва д-р Абрахам. „Предприемахме невероятно дълги експозиции с Geminia около десет пъти по-дълги от типичните експозиции. Това нека да разгледаме много по-бледи галактики, отколкото обикновено е, и нека се съсредоточим върху по-голямата част от звездите, а не само върху светкавичните млади. Това ни прави много по-лесно да разберем как се развиват галактиките. Вече не се досещаме за това, като изучаваме млади обекти и приемаме, че старите обекти не допринасят много за историята на еволюцията на галактиката. Оказва се, че има много стари галактики, но те наистина са трудни за намиране. "
Оригинален източник: PPARC News Release
