I deres forfølgelse av å lære hvordan universet vårt ble, har forskere søkt veldig dypt inn i verdensrommet (og dermed veldig langt tilbake i tid). Til syvende og sist er deres mål å bestemme når de første galaksene i vårt univers dannet seg og hvilken effekt de hadde på den kosmiske evolusjonen. Nyere forsøk på å lokalisere disse tidligste formasjonene har vist seg å være avstander opp til 13 milliarder lysår fra Jorden - dvs. ca. 1 milliard år etter Big Bang.
Fra dette er forskere nå i stand til å studere hvordan tidlige galakser påvirket saken rundt dem - spesielt reionisering av nøytrale atomer. Dessverre er de fleste tidlige galakser veldig svake, noe som gjør det vanskelig å studere interiøret. Men takket være en fersk undersøkelse utført av et internasjonalt team av astronomer, ble det oppdaget en mer lysende, massiv galakse som kunne gi et tydelig blikk på hvordan tidlige galakser førte til reionisering.
Studien som beskriver funnene deres, med tittelen “ISM Properties of a Massive Dusty Star-forming Galaxy Galaxy Discovered at z ~ 7 “, ble nylig publisert i The Astrophysical Journal Letters.Ledet av forskere fra Max Planck Institute for Radio Astronomy i Bonn, Tyskland, stolte på data fra South Pole Telescope (SPT) -SZ-undersøkelsen og ALMA for å oppdage en galakse som eksisterte for 13 milliarder år siden (bare 800 millioner år etter det store smellet).
I samsvar med Big Bang-modellen for kosmologi, refererer reionisering til prosessen som fant sted etter perioden kjent som ”Dark Ages”. Dette skjedde mellom 380 000 og 150 millioner år etter Big Bang, der de fleste fotonene i universet samhandlet med elektroner og protoner. Som et resultat kan strålingen i denne perioden ikke påvises av våre nåværende instrumenter - derav navnet.
Like før denne perioden skjedde "rekombinasjonen", hvor hydrogen og heliumatomer begynte å danne seg. Opprinnelig ionisert (uten elektroner bundet til deres kjerner) fanget disse molekylene gradvis ioner mens universet avkjølte og ble nøytralt. I løpet av perioden som fulgte - dvs. mellom 150 millioner og 1 milliard år etter Big Bang - begynte den store skalaen til universet å danne seg.
Iboende for dette var prosessen med reionisering, der de første stjernene og kvasarene dannet seg og deres stråling reioniserte det omkringliggende universet. Det er derfor klart hvorfor astronomer ønsker å undersøke denne epoken av universet. Ved å observere de første stjerner og galakser, og hvilken effekt de hadde på kosmos, vil astronomer få et tydeligere bilde av hvordan denne tidlige perioden førte til universet slik vi kjenner det i dag.
Heldigvis for forskerteamet er de massive, stjernedannende galakser i denne perioden kjent for å inneholde mye støv. Selv om de er veldig besvime i det optiske båndet, avgir disse galaksene sterk stråling ved submillimeterbølgelengder, noe som gjør dem påviselige ved hjelp av dagens avanserte teleskoper - inkludert South Pole Telescope (SPT), Atacama Pathfinder Experiment (APEX) og Atacama Large Millimeter Array (ALMA) ).
Strandet og Weiss stolte på data fra SPT for å oppdage en serie støvete galakser fra det tidlige universet. Som Maria Strandet og Axel Weiss fra Max Planck Institute for Radio Astronomy (og henholdsvis hovedforfatter og medforfattere på studien) fortalte Space Magazine via e-post:
“Vi har brukt lys på omtrent 1 mm bølgelengde, som kan observeres av mm-teleskoper som SPT, APEX eller ALMA. På denne bølgelengden produseres fotonene ved termisk stråling av støv. Det fine med å bruke denne lange bølgelengden er at for et stort rødskiftsområde (se tilbake på tid) blir dimming av galakser [forårsaket] ved økende avstand kompensert av rødskiftet - så den observerte intensiteten er uavhengig av rødskiftet. Dette skyldes at man for høyere rødforskyvningsgalakser ser på i utgangspunktet kortere bølgelengder (med (1 + z)) der strålingen er sterkere for et termisk spekter som støvspekteret. ”
Dette ble fulgt av data fra ALMA, som teamet brukte for å bestemme avstanden til galaksene ved å se på den rødskiftede bølgelengden til karbonmonoksydmolekyler i deres interstellare medium (ISM). Fra alle dataene de samlet inn, klarte de å begrense egenskapene til en av disse galaksene - SPT0311-58 - ved å observere dens spektrale linjer. På den måten bestemte de seg for at denne galaksen eksisterte bare 760 millioner år etter Big Bang.
"Siden signalstyrken på 1 mm er uavhengig av rødskiftet (se tilbake tid), har vi ikke en priori ledetråd om et objekt er relativt nær (i kosmologisk forstand) eller i reoniseringsepoken", sa de. Det er grunnen til at vi foretok en stor undersøkelse for å bestemme rødskiftene via utslipp av molekylære linjer ved bruk av ALMA. SPT0311-58 viser seg å være det høyeste rødforskyvningsobjektet som ble oppdaget i denne undersøkelsen, og faktisk den mest fjerne massive støvete stjernedannende galaksen hittil oppdaget. "
Fra observasjonene deres slo de fast at SPT0311-58 har en masse på rundt 330 milliarder solmasser, som er omtrent 66 ganger så mye som Melkeveis galaksen (som har rundt 5 milliarder solmasser). De estimerte også at det danner nye stjerner med en hastighet på flere tusen per år, noe som kan være tilfelle for nabogalakser som er datert til denne perioden.
Dette sjeldne og fjerne objektet er en av de beste kandidatene for å studere hvordan det tidlige universet så ut og hvordan det har utviklet seg siden. Dette vil igjen tillate astronomer og kosmologer å teste det teoretiske grunnlaget for Big Bang Theory. Som Strandet og Weiss fortalte Space Magazine om oppdagelsen:
Disse gjenstandene er viktige for å forstå galaksenes utvikling som en helhet, siden de store støvmengdene som allerede finnes i denne kilden, bare 760 millioner år etter Big Bang, betyr at det er et ekstremt massivt objekt. Bare det faktum at slike massive galakser allerede eksisterte da universet fremdeles var så ungt, setter sterke begrensninger for vår forståelse av masseoppbygging av galaksen. Videre må støvet formes på veldig kort tid, noe som gir ytterligere innsikt i støvproduksjonen fra den første stjernebestanden. ”
Evnen til å se dypere ut i rommet, og lenger tilbake i tid, har ført til mange overraskende oppdagelser om sent. Og disse har igjen utfordret noen av våre antakelser om hva som skjedde i universet, og når. Og til slutt hjelper de forskere med å lage en mer detaljert og fullstendig redegjørelse for den kosmiske evolusjonen. En dag snart kan vi til og med være i stand til å undersøke de tidligste øyeblikkene i universet, og se skaperverket i aksjon!
