В стремежа си да научат как е създадена нашата Вселена, учените са проучили много дълбоко в космоса (и следователно, много далеч назад във времето). В крайна сметка тяхната цел е да определят кога са се образували първите галактики в нашата Вселена и какъв ефект са оказали върху космическата еволюция. Неотдавнашните усилия за намиране на тези най-ранни формации са проследени на разстояния до 13 милиарда светлинни години от Земята - тоест около 1 милиард години след Големия взрив.
От това сега ученият е в състояние да проучи как ранните галактики са засегнали материята около тях - по-специално реионизацията на неутралните атоми. За съжаление, повечето ранни галактики са много слаби, което затруднява изучаването на интериора им. Но благодарение на неотдавнашно проучване, проведено от международен екип от астрономи, беше забелязана по-сияйна, масивна галактика, която може да даде ясен поглед върху това как ранните галактики доведоха до реионизация.
Изследването, което подробно описва техните открития, озаглавено „Свойства на ISM на масивна прахообразна галактика, откриваща в Z ~ 7 “, е публикувана наскоро през Астрофизичните списания.Воден от изследователи от Института Макс Планк за радиоастрономия в Бон, Германия, екипът разчита на данни от изследването на Южния полюс (SPT) -SZ и ALMA, за да открие галактика, съществувала преди 13 милиарда години (само 800 милиона години след това големият взрив).
В съответствие с космологичния модел на Големия взрив, реионизацията се отнася до процеса, протичащ след периода, известен като „Тъмните векове“. Това се случи между 380 000 и 150 милиона години след Големия взрив, където повечето фотони във Вселената взаимодействаха с електрони и протони. В резултат радиацията на този период е неоткриваема от сегашните ни инструменти - оттук и името.
Точно преди този период настъпи „рекомбинацията“, където водородните и хелиевите атоми започнаха да се образуват. Първоначално йонизирани (без електрони, свързани с техните ядра), тези молекули постепенно улавят йони, когато Вселената се охлажда, ставайки неутрална. През последващия период - т.е. между 150 милиона до 1 милиард години след Големия взрив, започва да се оформя мащабната структура на Вселената.
Вътрешен за това беше процесът на реионизация, при който се образуваха първите звезди и квазари и тяхното излъчване реабилитира заобикалящата Вселена. Следователно е ясно защо астрономите искат да проучат тази ера на Вселената. Наблюдавайки първите звезди и галактики и какъв ефект са имали върху Космоса, астрономите ще получат по-ясна картина как този ранен период е довел до Вселената, каквато я познаваме днес.
За щастие на изследователския екип е известно, че масивните звездообразуващи галактики от този период съдържат много прах. Макар и много слаби в оптичната лента, тези галактики излъчват силно излъчване при субмилиметрова дължина на вълната, което ги прави разпознаваеми, използвайки съвременните телескопи - включително телескопа на Южния полюс (SPT), експеримента на Atacama Pathfinder (APEX) и Atacama Large Millimeter Array (ALMA) ).
Заради своето проучване, Страндет и Вайс разчитаха на данни от SPT, за да открият серия от прашни галактики от ранната Вселена. Както Мария Страндет и Аксел Вайс от Института за радиоастрономия Макс Планк (и съответно водещият автор и съавтори на изследването) казаха за сп. Space Magazine по имейл:
„Използвахме светлина с дължина на вълната с дължина около 1 мм, която може да се наблюдава от мм телескопи като SPT, APEX или ALMA. При тази дължина на вълната фотоните се получават от топлинното излъчване на праха. Красотата на използването на тази дължина на вълната е, че при голям обхват на червено изместване (поглед назад), затъмняването на галактиките [причинено] от увеличаване на разстоянието се компенсира от червеното изместване - така че наблюдаваната интензивност е независима от червеното изместване. Това е така, защото при по-високите червени изместващи се галактики човек разглежда вътрешно по-къси дължини на вълната (с (1 + z)), където излъчването е по-силно за термичен спектър като спектъра на прах. "
Това бе последвано от данни от ALMA, които екипът използва за определяне на разстоянието на галактиките, като разгледа преместената дължина на вълната на молекулите на въглеродния оксид в техните междузвездни среди (ISM). От всички събрани от тях данни те успяха да ограничат свойствата на една от тези галактики - SPT0311-58 - чрез наблюдение на нейните спектрални линии. По този начин те определят, че тази галактика съществува само 760 милиона години след Големия взрив.
„Тъй като силата на сигнала при 1 мм е независима от червеното изместване (поглед назад), нямаме априоритна представа дали даден обект е сравнително близо (в космологичния смисъл) или в епохата на реионизация“, казаха те. „Ето защо ние предприехме голямо проучване, за да определим червените измествания чрез излъчване на молекулни линии, използвайки ALMA. SPT0311-58 се оказва най-високият обект на червено изместване, открит в това проучване и всъщност най-далечната открита масивна прахообразна галактика досега. “
От своите наблюдения те също така определят, че SPT0311-58 има маса от около 330 милиарда слънчеви маси, което е около 66 пъти повече от галактиката Млечен път (която има около 5 милиарда слънчеви маси). Те също така изчислиха, че той образува нови звезди със скорост от няколко хиляди годишно, което може да бъде случаят със съседните галактики, които са датирани към този период.
Този рядък и далечен обект е един от най-добрите кандидати за проучване как изглеждаше ранната Вселена и как се е развила оттогава. Това от своя страна ще позволи на астрономите и космолозите да тестват теоретичната основа за теорията на Големия взрив. Както Страндет и Вайс разказаха за сп. „Спейс“ за своето откритие:
„Тези обекти са важни за разбирането на еволюцията на галактиките като цяло, тъй като голямото количество прах, което вече съществува в този източник, само 760 милиона години след Големия взрив, означава, че това е изключително масивен обект. Самият факт, че такива масивни галактики вече са съществували, когато Вселената е била още толкова млада, поставя силни ограничения върху нашето разбиране за натрупването на галактическа маса. Освен това прахът трябва да се образува за много кратко време, което дава допълнителна представа за производството на прах от първата звездна популация. “
Възможността да погледнете по-дълбоко в космоса и по-далеч назад във времето доведе до много изненадващи открития на късно. И това от своя страна оспори някои от нашите предположения за случилото се във Вселената и кога. И в крайна сметка те помагат на учените да създадат по-подробен и пълен отчет за космическата еволюция. Някой ден скоро може дори да успеем да проучим най-ранните моменти във Вселената и да гледаме създаването в действие!
