Aktuelle teorier om dannelsen av galakser er basert på den hierarkiske sammenslåingen av mindre enheter i større og større strukturer, med utgangspunkt i størrelsen på en stjernen kuleklynge og ender med klynger av galakser. I følge dette scenariet antas det at det ikke eksisterte noen massive galakser i det unge universet.
Imidlertid kan dette synspunktet nå måtte revideres. Ved hjelp av multi-mode FORS2 instrumentet på Very Large Telescope i Paranal, har et team av italienske astronomer identifisert fire avsidesliggende galakser, flere ganger mer massive enn Melkeveis galaksen, eller så massiv som de tyngste galakser i dagens univers. Disse galaksene må ha dannet seg da universet bare var rundt 2000 millioner år gammelt, det vil si rundt 12.000 millioner år siden.
De nyoppdagede gjenstandene kan være medlemmer av en befolkning av gamle massive galakser som ikke er oppdaget til nå.
Eksistensen av slike systemer viser at oppbyggingen av massive elliptiske galakser var mye raskere i det tidlige universet enn forventet fra dagens teori.
Hierarkisk sammenslåing
Galakser er som øyer i universet, laget av stjerner så vel som støv- og gassskyer. De kommer i forskjellige størrelser og fasonger. Astronomer skiller generelt mellom spiralgalakser - som vår egen Melkevei, NGC 1232 eller den berømte Andromeda-galaksen - og elliptiske galakser, sistnevnte inneholder for det meste gamle stjerner og har veldig lite støv eller gass. Noen galakser er mellomliggende mellom spiraler og elliptiske midler og blir referert til som linseformede eller sfæriske galakser.
Galakser er ikke bare forskjellige i form, de varierer også i størrelse: noen kan være så "lette" som en stjernekule klynge i Melkeveien vår (dvs. at de inneholder omtrent tilsvarer noen få millioner soler), mens andre kan være mer massive enn en million millioner Suns. For tiden befinner mer enn halvparten av stjernene i universet seg i massive sfæroidale galakser.
Et av de viktigste åpne spørsmålene i moderne astrofysikk og kosmologi er hvordan og når galakser dannet seg og utviklet seg fra begynnelsesgassen som fylte det tidlige universet. I den mest populære nåværende teorien er galakser i det lokale universet resultatet av en relativt treg prosess der små og mindre massive galakser smelter sammen for gradvis å bygge opp større og mer massive galakser. I dette scenariet, kalt "hierarkisk sammenslåing", ble det unge universet befolket av små galakser med liten masse, mens det nåværende universet inneholder store, gamle og massive galakser - det aller siste som dannes i sluttfasen av en langsom montering.
Hvis dette scenariet var sant, skal man ikke kunne finne massive elliptiske galakser i det unge universet. Eller med andre ord, på grunn av den endelige lyshastigheten, skal det ikke være så massive galakser veldig langt fra oss. Og til nå var ingen gammel elliptisk galakse kjent utover en radiogalakse ved rødforskyvning 1.55 som ble oppdaget for snart ti år siden.
K20-undersøkelsen
For å bedre forstå dannelsen av galakser og for å bekrefte om det hierarkiske sammenslåingsscenariet er gyldig, brukte et team av italienske og ESO-astronomer ESOs Very Large Telescope som en "tidsmaskin" for å søke etter svært avsidesliggende elliptiske galakser. Dette er imidlertid ikke bagatellmessig. Fjern elliptiske galakser, med innholdet av gamle og røde stjerner, må være veldig svake objekter, faktisk med optiske bølgelengder, da hovedtyngden av lyset deres blir forskjøvet til den infrarøde delen av spekteret. Fjern elliptiske galakser er dermed blant de vanskeligste observasjonsmålene selv for de største teleskopene; dette er også grunnen til at rødskiftrekorden på 1,55 har vedvart så lenge.
Men denne utfordringen stoppet ikke forskerne. De oppnådde dyp optisk spektroskopi med multimodus FORS2-instrumentet på VLT for en prøve av 546 svake objekter funnet i et himmelområde på 52 arcmin2 (eller omtrent en tidel av området med fullmåne) kjent som K20-feltet, og som delvis overlapper med GOODS-South-området. Utholdenheten deres lønnet seg og de ble belønnet av oppdagelsen av fire gamle, massive galakser med rødskift mellom 1,6 og 1,9. Disse galaksene blir sett da universet bare var omtrent 25% av sin nåværende alder på 13 700 millioner år.
For en av galaksene hadde K20-teamet også nytte av databasen over offentlig tilgjengelige spektre i GOODS-South-området tatt av ESO / GOODS-teamet.
En ny bestand av galakser
De nyoppdagede galaksene blir dermed sett da universet var omtrent 3.500 millioner år gammelt, dvs. 10.000 millioner år siden. Men fra spektraene som er tatt, ser det ut til at disse galaksene inneholder stjerner med en alder mellom 1000 og 2000 millioner år. Dette innebærer at galaksene må ha dannet seg tilsvarende tidligere, og at de i det vesentlige må ha fullført samlingen i et øyeblikk da universet bare var 1.500 til 2.500 millioner år gammelt.
Galaksen ser ut til å ha masser på over hundre tusen millioner solmasser, og de er derfor av størrelser som ligner på de mest massive galakene i dagens univers. Komplementære bilder tatt under GOODS (“The Great Observatories Origins Deep Survey”) -undersøkelsen av Hubble Space Telescope viser at disse galaksene har strukturer og former som er mer eller mindre identiske med de i dagens massive elliptiske galakser.
De nye observasjonene har derfor avslørt en ny bestand av veldig gamle og massive galakser.
Eksistensen av slike massive og gamle sfæroidale galakser i det tidlige universet viser at sammenstillingen av dagens massive elliptiske galakser startet mye tidligere og var mye raskere enn forutsagt av den hierarkiske sammenslåingsteorien. Andrea Cimatti (INAF, Firenze, Italia), leder av teamet, sier: "Vår nye studie reiser nå grunnleggende spørsmål om vår forståelse og kunnskap om prosessene som regulerte begynnelsen og evolusjonshistorien til universet og dets strukturer."
Originalkilde: ESO News Release
