Bildekreditt: PPARC
Inntil nå har astronomer ikke klart å finne mye data om hva som skjedde i en tidlig fase i universets utvikling, da man trodde at stjernene var dannet. Men ny forskning, utført av astronomer som bruker Gemini-observatoriet i Chile, har avslørt flere galakser for 8 til 11 milliarder år siden som er mer fullstendig dannet enn forventet. De trodde de ville se protogalakser krasje inn i hverandre, men i stedet fant de veldig modne galakser. Det er mulig at sorte hull var mye vanligere i det tidlige universet og fungerte som ankere for å danne galakser raskt.
Inntil nå har astronomer vært nesten blinde når de så tilbake i tid for å kartlegge en epoke da de fleste stjerner i Universet var forventet å ha dannet seg. Denne kritiske kosmologiske blindfoten er fjernet av et team, inkludert en britisk vitenskapsmann, ved å bruke Frederick C. Gillett Gemini North Telescope, som viser at mange galakser i det unge universet ikke oppfører seg som forventet for 8-11 milliarder år siden.
Overraskelsen: disse galaksene ser ut til å være mer fullformet og moden enn forventet på dette tidlige stadiet i universets utvikling. Dette funnet ligner på en lærer som går inn i et klasserom som forventer å hilse på et rom fullt av uregjerlige tenåringer og finne velpleide unge voksne.
"Teori forteller oss at denne epoken burde være dominert av små galakser som styrter sammen," sa Dr. Roberto Abraham (University of Toronto), som er en co-rektor-etterforsker av teamet som gjennomfører observasjonene på Gemini. ”Vi ser at en stor brøkdel av stjernene i universet allerede var på plass da universet var ganske ung, noe som ikke skulle være tilfelle. Dette glimtet tilbake i tid viser ganske tydelig at vi må tenke nytt om hva som skjedde under denne tidlige epoken i galaktisk evolusjon. Teoretikerne vil definitivt ha noe å gnage på! ”
Resultatene ble kunngjort i dag på det 203. møtet i American Astronomical Society i Atlanta, Georgia. Dataene vil snart bli gitt ut til hele det astronomiske samfunnet for videre analyse, og fire artikler er nær ferdige for publisering i The Astrophysical Journal og The Astronomical Journal.
Dr Isobel Hook, leder for den britiske Gemini Support Group, med base ved Oxford University, er medlem av det multinasjonale Gemini Deep Deep Survey (GDDS) -teamet som foretok etterforskningen. Hun forklarer hvordan teknikken fungerer. Teamet brukte en spesiell teknikk for å fange opp det svakeste galaktiske lyset som noen gang ble dissekert i regnbuen med farger kalt et spektrum. I alt ble det samlet inn spektre fra over 300 galakser, de fleste er innenfor det som kalles "Redshift-ørkenen", en relativt uutforsket periode av universet sett av teleskoper som så tilbake til en tid da universet bare var 3-6 milliarder år gammel.
Hun legger til, Disse spektraene representerer den mest komplette prøven som noen gang er oppnådd av galakser i Redshift-ørkenen. Ved å innhente store datamengder fra fire vidt adskilte felt, gir denne undersøkelsen det statistiske grunnlaget for å trekke konklusjoner som har blitt mistenkt av tidligere observasjoner gjort av Hubble-romteleskopet, Keck-observatoriet, Subaru-teleskopet og Very Large Telescope det siste tiåret.
Å studere de svake galakser i denne epoken da universet bare var 20-40% av sin nåværende tidsalder, er astronomene en skremmende utfordring, selv når du bruker lyssamlingskapasiteten til et veldig stort teleskop som Gemini North med det 8 meter lange speilet. Alle tidligere galakseundersøkelser i dette riket har fokusert på galakser der intens stjernedannelse forekommer, noe som gjør det lettere å få tak i spektra, men gir en partisk prøve. GDDS var i stand til å velge en mer representativ prøve, inkludert de galakser som holder mest stjernenormale, dimmere og mer massive galakser som krever spesielle teknikker for å koble et spekter fra sitt svake lys.
Gemini-dataene er den mest omfattende undersøkelsen som noen gang er gjort og dekker hoveddelen av galakene som representerer forholdene i det tidlige universet. Dette er de massive galaksene som faktisk er vanskeligere å studere på grunn av deres mangel på energisk lys fra stjernedannelse. Disse høyt utviklede galaksene, hvis stjernedannende ungdom faktisk er borte, burde bare ikke være der, men er det, sier co-rektor-etterforsker Dr. Karl Glazebrook (Johns Hopkins University).
Astronomer som prøver å forstå dette problemet, må kanskje legge alt på bordet. "Det er uklart om vi trenger å finjustere de eksisterende modellene eller utvikle en ny for å forstå dette funnet," sa undersøkelsens tredje co-rektor-etterforsker, Dr. Patrick McCarthy (Observatories of the Carnegie Institution). “Det er helt tydelig fra Gemini-spektra at dette faktisk er veldig modne galakser, og vi ser ikke effekten av skjule støv. Det er klart det er noen viktige aspekter ved galaksers tidlige liv som vi bare ikke forstår. Det er til og med mulig at sorte hull kan ha vært mye mer allestedsnærværende enn vi trodde i det tidlige universet og spilt en større rolle i å så tidlig galaksedannelse.
Det som uten tvil er den dominerende galaktiske evolusjonsteorien, postulerer at befolkningen av galakser på dette tidlige stadiet burde ha blitt dominert av evolusjonære byggesteiner. Den heter hierarkiske modellen, og spår at normale til store galakser, som de som ble studert i dette arbeidet, ennå ikke ville eksistere og i stedet skulle dannes fra lokale bikuber med aktivitet der store galakser vokste. GDDS avslører at dette ikke kan være tilfelle.
Spektrene fra denne undersøkelsen ble også brukt til å bestemme forurensningen av den interstellare gassen av tunge elementer (kalt "metaller") produsert av stjerner. Dette er en nøkkelindikator for historien om den stjerneutviklingen i galakser. Sandra Savaglio (Johns Hopkins University), som studerte dette aspektet av forskningen, sa: ”Vår tolkning av universet er sterkt påvirket av måten vi observerer den. Fordi GDDS observerte veldig svake galakser, kunne vi oppdage den interstellare gassen selv om den delvis ble tilslørt av tilstedeværelsen av støv. Ved å studere den kjemiske sammensetningen av den interstellare gassen, oppdaget vi at galaksene i undersøkelsen vår er mer metallrike enn forventet. ”
Caltech-astronom, Dr. Richard Ellis, kommenterte, “Gemini Deep Deep Survey representerer en veldig betydelig prestasjon, både teknisk og vitenskapelig. Undersøkelsen har gitt en ny og verdifull folketelling av galakser i løpet av en nøkkelperiode i den kosmiske historien, en som har vært vanskelig å studere til nå, spesielt for den hvilende komponenten i galaksestasjonen. "
Å gjøre observasjoner i Redshift-ørkenen har frustrert moderne astronomer det siste tiåret. Mens astronomer har visst at det må eksistere mange galakser i Redshift-ørkenen, er det bare en "ørken" fordi vi ikke kunne få gode spektra fra mange av dem. Problemet ligger i det faktum at viktige spektroskopiske funksjoner som ble brukt til å studere disse galakene, er blitt forskjøvet til utvidelsen av Universeinto, en del av det optiske spekteret som tilsvarer en svak, naturlig, skjule glød i jordens nattestemning.
For å overvinne dette problemet ble en sofistikert teknikk kalt “Nod and Shuffle” brukt på Gemini-teleskopet. “Nod and Shuffle-teknikken gjør det mulig for oss å skumle av den svake naturlige gløden på nattehimmelen for å avsløre galaktige spektre av galakser under den. Disse galaksene er mer enn 300 ganger svakere enn denne himmelen, ”forklarer Dr. Kathy Roth, en astronom ved Gemini som også var en del av teamet og innhentet mye av dataene. "Det har vist seg å være en ekstremt effektiv måte å radikalt redusere" støy "eller forurensningsnivåer som finnes i signalet fra en elektronisk lysdetektor."
Hver observasjon varte omtrent 30 timer og produserte nesten 100 spektre samtidig. Hele prosjektet krevde over 120 timer med teleskoptid. "Dette er mye verdifull tid på himmelen, men når du tenker på at det har tillatt oss å bidra til å fylle ut et avgjørende 20% gap i vår forståelse av universet, var det god tid brukt," legger Dr. Glazebrook til bruken av Nod og Shuffle med Joss Hawthorn for svake galakseobservasjoner mens de var ved Anglo-Australian Observatory for noen år siden.
Tidligere studier i Redshift-ørkenen har konsentrert seg om galakser som ikke nødvendigvis var representative for mainstream-systemer. For denne studien ble galakser nøye valgt ut basert på data fra Las Campanas Infrarød Undersøkelse for å sikre at sterke ultrafiolette emitterende stjernebarstgalakser ikke ble oversamplet. "Denne studien er unik i og med at vi var i stand til å studere den røde enden av spekteret, og dette forteller oss om gamle stjerners tid," sier Dr. Abraham. ”Vi gjennomførte utrolig lange eksponeringer med Geminiabout ti ganger så lenge som typiske eksponeringer. Dette lar oss se på mye svakere galakser enn det som vanligvis er tilfelle, og la oss fokusere på hoveddelen av stjernene, i stedet for bare de prangende unge. Dette gjør det mye enklere for oss å finne ut hvordan galaksene utvikler seg. Vi gjetter ikke lenger på det ved å studere unge objekter og anta at de gamle objektene ikke bidro mye til historien om galakseutviklingen. Det viser seg at det er mange gamle galakser der ute, men de er veldig vanskelig å finne. "
Originalkilde: PPARC News Release
