Прагнучи дізнатися, яким був наш Всесвіт, вчені пробували дуже глибоко в космосі (а значить, дуже далеко у часі). Зрештою, їх мета - визначити, коли утворилися перші галактики у нашому Всесвіті та який вплив вони мали на космічну еволюцію. Нещодавні зусилля з пошуку цих найбільш ранніх утворень продемонстрували відстані до Землі до 13 мільярдів світлових років - тобто приблизно 1 мільярд років після Великого вибуху.
Виходячи з цього, вчені тепер можуть вивчити, як ранні галактики впливали на матерію навколо них - зокрема, реіонізацію нейтральних атомів. На жаль, більшість ранніх галактик дуже слабкі, що ускладнює вивчення їх інтер'єрів. Але завдяки недавньому опитуванню, проведеному міжнародною командою астрономів, була помічена більш світла, масивна галактика, яка могла б чітко ознайомитись з тим, як ранні галактики призвели до реіонізації.
Дослідження, в якому детально описуються їхні висновки, під назвою «Властивості ISM масивної пилоподібної галактики, що утворює пил, виявлена в z ~ 7 “, нещодавно було опубліковано в Листи до астрофізичного журналу.Під керівництвом дослідників з Інституту радіоастрономії Макса Планка в Бонні, Німеччина, команда спиралася на дані дослідження телескопа Південного полюса (SPT) -SZ та ALMA, щоб виявити галактику, що існувала 13 мільярдів років тому (лише 800 мільйонів років після Великий вибух).
Відповідно до космологічної моделі Великого вибуху, реіонізація стосується процесу, який відбувся після періоду, відомого як "Темні століття". Це сталося між 380 000 та 150 мільйонами років після Великого вибуху, де більшість фотонів у Всесвіті взаємоділи з електронами та протонами. Як результат, випромінювання цього періоду не виявляється за нашими чинними інструментами - звідси і назва.
Незадовго до цього періоду відбулася "рекомбінація", де почали утворюватися атоми водню та гелію. Спочатку іонізовані (без електронів, прив’язаних до ядер) ці молекули поступово захоплювали іони, коли Всесвіт охолоджувалась, стаючи нейтральною. У наступний період - тобто від 150 мільйонів до 1 мільярда років після Великого вибуху - почала формуватися масштабна структура Всесвіту.
Властивим цьому був процес реіонізації, де утворилися перші зірки та квазари та їх випромінювання реанімувало навколишній Всесвіт. Тому зрозуміло, чому астрономи хочуть дослідити цю епоху Всесвіту. Спостерігаючи за першими зірками і галактиками, і який вплив вони мали на космос, астрономи отримають більш чітке уявлення про те, як цей ранній період привів до Всесвіту, як ми його знаємо сьогодні.
На щастя для дослідницької групи, як відомо, масивні галактики, що утворюють зірки цього періоду, містять велику кількість пилу. Незважаючи на те, що в оптичній смузі вони дуже слабкі, ці галактики випромінюють сильне випромінювання на довжині хвилі субміліметра, що робить їх виявленнями за допомогою сучасних сучасних телескопів - включаючи телескоп Південного полюса (SPT), експеримент Atacama Pathfinder (APEX) та великий міліметровий масив Atacama (ALMA) ).
Заради свого дослідження, Страндет і Вайс спиралися на дані з SPT для виявлення ряду запилених галактик з раннього Всесвіту. Як розповіли Марія Страндет та Аксель Вайс з Інституту радіоастрономії Макса Планка (і головний автор та співавтори дослідження відповідно), повідомили Space Magazine електронною поштою:
«Ми використовували світло довжиною хвилі близько 1 мм, яке можна спостерігати за допомогою телескопів мм типу SPT, APEX або ALMA. При цій довжині хвилі фотони виробляються тепловим випромінюванням пилу. Краса використання цієї великої довжини хвилі полягає в тому, що для великого діапазону червоного зміщення (огляд часу назад) затемнення галактик [викликане] збільшенням відстані компенсується червоним зміщенням - тому спостережувана інтенсивність не залежить від червоного зміщення. Це тому, що для більш високих червоних зсувів галактик дивиться на внутрішньо коротші довжини хвилі (на (1 + z)), де випромінювання сильніше для теплового спектру, як спектр пилу ".
Далі йшли дані з ALMA, які команда використовувала для визначення відстані галактик, переглядаючи червону зміщену довжину хвилі молеоксиду вуглецю в їх міжзоряних середовищах (ISM). З усіх зібраних даних вони змогли обмежити властивості однієї з цих галактик - SPT0311-58 - спостерігаючи за її спектральними лініями. Роблячи це, вони визначили, що ця галактика існувала лише через 760 мільйонів років після Великого вибуху.
"Оскільки сила сигналу в 1 мм не залежить від червоного зміщення (огляньте час назад), ми не маємо апріорної підказки, якщо об'єкт знаходиться поблизу (в космологічному розумінні) або в епоху реіонізації", - сказали вони. «Ось чому ми провели велике опитування, щоб визначити червоні зрушення за допомогою випромінювання молекулярних ліній за допомогою ALMA. SPT0311-58 виявляється найвищим об'єктом червоного зміщення, виявленим у цьому опитуванні, і насправді найвіддаленішою досі виявленою масивною пилоподібною галактикою. "
Зі своїх спостережень вони також визначили, що SPT0311-58 має масу приблизно 330 мільярдів сонячних мас, що приблизно в 66 разів більше, ніж Галактика Чумацького Шляху (яка має близько 5 мільярдів сонячних мас). Вони також підрахували, що це утворює нові зірки зі швидкістю в кілька тисяч на рік, що може бути у випадку з сусідніми галактиками, які відносяться до цього періоду.
Цей рідкісний і віддалений об'єкт є одним з найкращих кандидатів, які ще вивчали, як виглядав ранній Всесвіт і як він розвивався з тих пір. Це в свою чергу дозволить астрономам і космологам перевірити теоретичну основу теорії великого вибуху. Як Страндет і Вайс розповіли Space Magazine про своє відкриття:
"Ці об'єкти важливі для розуміння еволюції галактик в цілому, оскільки велика кількість пилу, вже присутня в цьому джерелі, лише через 760 мільйонів років після Великого вибуху, означає, що це надзвичайно масивний об'єкт. Сам факт того, що такі масивні галактики вже існували, коли Всесвіт був ще таким молодим, ставить сильні обмеження у нашому розумінні нарощування масових галактик. Крім того, пил повинен утворюватися за дуже короткий час, що дає додаткові уявлення про виробництво пилу з першої зоряної популяції. "
Здатність зазирнути глибше в космос і далі назад у часі призвела до багатьох дивних відкриттів пізнього часу. І це, в свою чергу, оскаржувало деякі наші припущення щодо того, що сталося у Всесвіті та коли. І врешті-решт, вони допомагають вченим створити більш детальний і повний виклад космічної еволюції. Одного разу незабаром ми навіть зможемо дослідити найдавніші моменти у Всесвіті та спостерігати за творенням у дії!
