En ny utsikt fra Hubble-romteleskopet viser noen av de første lyse galaksene som dukket opp i universet, og dukket opp for rundt 13 milliarder år siden, eller 900 millioner år etter Big Bang. Galakser som disse var ikke synlige 700 millioner år etter Big Bang, så mindre galakser må ha gått sammen ganske raskt for at de skal bli store og lyse. Funnene ble gjort i Hubble Ultra Deep Field og Great Observatory Origins Deep Survey Fields.
Et systematisk søk etter de første lyse galaksene som ble dannet i det tidlige universet, har avslørt et dramatisk hopp i antall slike galakser for rundt 13 milliarder år siden. Disse observasjonene av de tidligste stadiene i utviklingen av galakser gir nye bevis for den hierarkiske teorien om galaksdannelse - ideen om at store galakser bygget opp over tid etter hvert som mindre galakser kolliderte og slo seg sammen.
Astronomene Rychard Bouwens og Garth Illingworth ved University of California, Santa Cruz, brukte Hubble-romteleskopet for å utforske dannelsen av galakser de første 900 millioner årene etter Big Bang. De rapporterte om de siste funnene i 14. september-utgaven av tidsskriftet Nature.
Dype observasjoner i tre mørke lapper av himmelen - Hubble Ultra Deep Field og Great Observatories Origins Deep Survey felt - samlet det svake lyset som ble sendt ut for 13 milliarder år siden av stjerner i urfolksgalakser. Bare de lyseste galakser kunne oppdages på så store avstander.
“Dette er de dypeste infrarøde og optiske dataene som noen gang er tatt. Vi ser på et veldig tidlig stadium i oppbyggingen av galakser, sier Illingworth, professor i astronomi og astrofysikk ved UCSC.
Forskerne observerte hundrevis av lyse galakser rundt 900 millioner år etter Big Bang. Men da de så dypere, omtrent 200 millioner år tidligere i tid, fant de bare en. Avslapping av søkekriteriene deres dukket opp noen flere kandidater, men helt klart skjedde det mange endringer i løpet av de 200 millioner årene, sa Illingworth.
“De større, mer lysende galaksene var bare ikke på plass 700 millioner år etter Big Bang. Likevel 200 millioner år senere var det mange flere av dem, så det må ha vært mye sammenslåing av mindre galakser i løpet av den tiden, ”sa han.
Astronomer kan bestemme når lys ble sendt ut fra en fjern kilde ved sin rødforskyvning, et mål på hvordan universets utvidelse strakte lysets bølgelengder når det reiste gjennom rommet over store avstander. Bouwens, en postdoktor ved UCSC og første forfatter av Nature-papiret, utviklet programvare for å systematisk sile gjennom Hubble-dataene på jakt etter galakser med høy rødskifte.
Dataene kom fra to kraftige instrumenter på Hubble, Advanced Camera for Surveys (ACS) og Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrograph (NICMOS). Forskerne sammenlignet antall galakser som ble oppdaget ved en rødskift fra 7 til 8 (700 millioner år etter Big Bang) med hva de kan ha forventet å finne om befolkningen i galakser da var som befolkningen de hadde observert ved rødskift 6 (200 millioner år senere). Avhengig av strengheten i deres utvalgskriterier, fant de en galakse der de ville ha forventet 10, eller fire der de ville ha forventet 17.
"Vår tilnærming gir en veldig kvantitativ måte å måle bygging av struktur i universet på, slik at vi kan se hvor raskt det endret seg over tid etter hvert som mindre galakser slo seg sammen for å danne større," sa Bouwens.
Galaksene som er observert i denne undersøkelsen er mye mindre enn vår egen Melkevei og andre gigantiske galakser sett i dag i det nærliggende universet. Disse tidlige galaksene brant seg også med stjernedannelse og ga ut blålig lys som ble skiftet til rødt lys under sin 13-milliarder år lange reise til Hubbles følsomme detektorer.
"Det er ganske utrolig at vi klarer å se tilbake over 13 milliarder år. Vi ser på galakser som allerede har utviklet seg fra mindre forløpere, men det er bare noen hundre millioner år etter dannelsen av de første stjernene, ”sa Illingworth.
Hvis Melkeveien er en galaktisk pensjonist, er disse galaksen småbarn eller førskolebarn. Foreløpig er ikke forskere i stand til å oppdage de enda mindre spedbarnsgalakser som må ha gått sammen for å danne disse første lyse galaksene.
Men frøene fra de første galaksene kan sees i den kosmiske mikrobølgebakgrunnstrålingen, målt senest og nøyaktig av Wilkinson Mikrobølgeovn Anisotropy Probe (WMAP), som viser svake tetthetssvingninger i et bemerkelsesverdig homogent univers omtrent 400 000 år etter Big Bang.
"Veldig tidlig i universets evolusjon var alt veldig glatt. Men med tiden ble universet mer og mer klumpete etter hvert som tyngdekraften trakk mer materie inn i de tettere områdene, ”sa Bouwens. "Våre observasjoner av tidlige galakser lar oss måle hvor raskt universet utviklet seg fra mindre til større klumper."
Deteksjon av de aller første galaksene som skal dannes vil være mulig med etterfølgeren til Hubble, James Webb romteleskopet, som for øyeblikket er planlagt lansert i 2013, sa Illingworth. Mer informasjon om søket etter de første galaksene er tilgjengelig på nettet på http://firstgalaxies.ucolick.org/.
Originalkilde: UCSC News Release
