Bildekreditt: Hubble
Et internasjonalt team av astronomer har samlet bevis for at galakser dannet seg veldig raskt etter Big Bang. Dette betyr at de bare er 1,5 milliarder år gamle, en tid da universet bare var 10% av sin nåværende alder. Det antas at disse klyngene dannet seg så raskt fordi disse områdene var utrolig tette av materiale.
Når vi ser tilbake på tiden nesten 9 milliarder år, fant et internasjonalt team av astronomer modne galakser i et ungt univers. Galaxyene er medlemmer av en klynge av galakser som eksisterte da universet bare var 5 milliarder år gammelt, eller omtrent 35 prosent av dets nåværende alder. Dette overbevisende beviset på at galakser må ha begynt å danne seg like etter at big bang ble styrket av observasjoner gjort av det samme teamet av astronomer da de kikket enda lenger tilbake i tid. Teamet fant embryonale galakser bare 1,5 milliarder år etter fødselen av kosmos, eller 10 prosent av universets nåtid. "Babygalakser" er bosatt i en stadig utviklende klynge, den fjerneste protoklusen som noen gang er funnet.
Advanced Camera for Surveys (ACS) ombord på NASAs Hubble-romteleskop ble brukt til å gjøre observasjoner av den enorme klyngen, RDCS 1252.9-2927, og protoklusen, TN J1338-1942. Observasjoner fra NASAs Chandra røntgenobservatorium ga massen og det tunge elementinnholdet i RDCS 1252, den mest massive klyngen for den epoken. Disse observasjonene er del av en koordinert innsats fra ACS-vitenskapsteamet for å spore dannelsen og utviklingen av klynger av galakser over et bredt spekter av kosmisk tid. ACS ble bygget spesielt for studier av slike fjerne objekter.
Disse funnene støtter videre observasjoner og teorier om at galakser dannet seg relativt tidlig i kosmos historie. Eksistensen av slike massive klynger i det tidlige universet stemmer overens med en kosmologisk modell der klynger dannes fra sammenslåing av mange underklynger i et univers dominert av kald mørk materie. Den nøyaktige arten av kald mørk materie er imidlertid fortsatt ikke kjent.
Den første Hubble-studien estimerte at galakser i RDCS 1252 dannet hovedparten av stjernene for mer enn 11 milliarder år siden (ved rødskift større enn 3). Resultatene ble publisert i 20. oktober 2003-utgaven av Astrophysical Journal. Avisens hovedforfatter er John Blakeslee ved Johns Hopkins University i Baltimore, Md.
Den andre Hubble-studien avdekket for første gang en protoklus av "spedbarnsgalakser" som eksisterte for mer enn 12 milliarder år siden (ved rødforskyvning 4.1). Disse galaksene er så unge at astronomer fremdeles kan se en mengde stjerner som dannes i dem. Galaxyene er gruppert rundt en stor galakse. Disse resultatene vil bli publisert i 1. januar 2004-utgaven av Nature. Avisens hovedforfatter er George Miley fra Leiden Observatory i Nederland.
”Inntil nylig trodde folk ikke at klynger eksisterte da universet bare var rundt 5 milliarder år gammelt,” forklarte Blakeslee.
"Selv om det var slike klynger," la Miley til, "inntil nylig astronomer trodde det var nesten umulig å finne klynger som eksisterte for 8 milliarder år siden. Faktisk var det ingen som virkelig visste når klyngen begynte. Nå kan vi være vitne til det. ”
Begge studiene førte til at astronomene konkluderte med at disse systemene er forfedrene til galakse klyngene sett i dag. "Klyngen RDCS 1252 ser ut som en dagens klynge," sa Marc Postman fra Space Telescope Science Institute i Baltimore, Md., Og medforfatter av begge forskningsartiklene. "Faktisk, hvis du skulle plassert den ved siden av en dagens klynge, ville du ikke vite hvilken som er hvilken."
En fortelling om to klynger
Hvordan kan galakser vokse så raskt etter big bang? "Det er et tilfelle av at de rike blir rikere," sa Blakeslee. "Disse klyngene vokste raskt fordi de er lokalisert i veldig tette regioner, så det er nok materiale til å bygge opp medlemsgalaksen veldig raskt."
Denne ideen styrkes av røntgenobservasjoner av den massive klyngen RDCS 1252. Chandra og European Space Agency's XMM-Newton ga astronomer de mest nøyaktige målingene til dags dato for egenskapene til en enorm sky av varm gass som gjennomsyrer den enorme klyngen. Denne 160 millioner graden Fahrenheit (70 millioner grader Celsius) gassen er et reservoar av de fleste av de tunge elementene i klyngen og en nøyaktig sporstoff for den totale massen. Et papir av Piero Rosati fra European Southern Observatory (ESO) og kolleger som presenterer røntgenobservasjonene av RDCS 1252, vil bli publisert i januar 2004 i Astronomical Journal.
"Chandras skarpe syn løste formen på den varme gass-glorie og viste at RDCS 1252 er veldig moden for sin alder," sa Rosati, som oppdaget klyngen med ROSAT røntgen-teleskop.
RDCS 1252 kan inneholde mange tusenvis av galakser. De fleste av disse galaksene er imidlertid for svake til å oppdage. Men de kraftige ”øynene” til ACS pekte flere hundre av dem. Observasjoner ved bruk av ESOs Very Large Telescope (VLT) ga en nøyaktig måling av avstanden til klyngen. ACS gjorde det mulig for forskerne å bestemme formene og fargene på 100 galakser nøyaktig, og gi informasjon om alderen til stjernene som bor i dem. ACS-teamet estimerte at de fleste av stjernene i klyngen allerede var dannet da universet var omtrent 2 milliarder år gammelt. Røntgenobservasjoner viste videre at 5 milliarder år etter big bang den omliggende varme gassen hadde blitt beriket med tunge elementer fra disse stjernene og blitt feid vekk fra galaksen.
Hvis de fleste galaksene i RDCS 1252 har nådd modenhet og legger seg til et rolig voksenliv, er de dannende galakser i den fjerne protoklusen i sin energiske, ustyrlige ungdom.
Proto-klyngen TN J1338 inneholder en massiv embryonal galakse omgitt av mindre utviklende galakser, som ser ut som prikker i Hubble-bildet.
Den dominerende galaksen produserer spektakulære radioemitterende jetfly, drevet av et supermassivt svart hull dypt inne i galaksenes kjerne. Samhandling mellom disse jetflyene og gassen kan stimulere en torrent av stjernefødsel.
Den energiske radiogalakseens oppdagelse av radioteleskoper fikk astronomer til å jakte på de mindre galaksene som utgjør hoveddelen av klyngen.
"Massive klynger er universets byer, og radiogalaksen i dem er de røykesteiner vi kan bruke for å finne dem når de akkurat begynner å danne seg," sa Miley.
De to funnene understreker kraften i å kombinere observasjoner fra mange forskjellige teleskoper som ga utsikt over det fjerne universet i en rekke bølgelengder. Hubbles avanserte kamera ga kritisk informasjon om strukturen i begge fjerne galakse klynger. Chandras og XMM-Newtons røntgenvisjon ga de essensielle målingene av uregassen der galaksene i RDCS 1252 er innebygd, og nøyaktige estimater av den totale massen som finnes i klyngen. Store bakkebaserte teleskoper, som VLT, ga nøyaktige målinger av avstanden til begge klyngene så vel som den kjemiske sammensetningen av galaksenes i dem.
ACS-teamet foretar ytterligere observasjoner av fjerne klynger for å styrke vår forståelse av hvordan disse unge klyngene og galaksene deres utvikler seg til formen på ting vi ser i dag. Deres planlagte observasjoner inkluderer bruk av nærinfrarøde observasjoner for å analysere stjernedannelsesgraden i noen av målklyngene, inkludert RDCS 1252, for å måle den kosmiske historien til stjernedannelse i disse massive strukturer. Teamet søker også i regionene rundt flere ultra-fjerne radiogalakser etter flere eksempler på protokluster. Teamets endelige vitenskapelige mål er å etablere et fullstendig bilde av klyngenevolusjonen som begynner med dannelsen på de tidligste epokene og detaljert utviklingen frem til i dag.
Originalkilde: Hubble News Release
