Cenšoties uzzināt, kā izveidojās mūsu Visums, zinātnieki ir veikuši zondēšanu ļoti dziļi kosmosā (un tātad ļoti tālajā laikā). Galu galā viņu mērķis ir noteikt, kad izveidojās pirmās mūsu Visuma galaktikas un kā tām bija ietekme uz kosmisko evolūciju. Nesenie centieni atrast šos agrākos veidojumus ir pārbaudīti līdz 13 miljardu gaismas gadu attālumam no Zemes - t.i., apmēram 1 miljards gadu pēc Lielā sprādziena.
Pēc tam zinātnieks tagad var izpētīt, kā agrīnās galaktikas ietekmēja lietu ap tām - it īpaši neitrālo atomu reionizāciju. Diemžēl vairums agrīno galaktiku ir ļoti vāji, kas apgrūtina to interjera izpēti. Bet, pateicoties nesenai aptaujai, kuru veica starptautiska astronomu komanda, tika pamanīta spožāka, masīvāka galaktika, kas varētu sniegt skaidru priekšstatu par to, kā agrīnās galaktikas noveda pie reionizācijas.
Pētījums, kurā sīki aprakstīti viņu atklājumi, ar nosaukumu “Masīvi putekļainu zvaigzni veidojošas galaktikas ISM īpašības, atklāts plkst z ~ 7 “, nesen tika publicēts Astrofizisko žurnālu vēstules.Maksima Planka Radioastronomijas institūta, Bonā, Vācijā, vadībā komanda paļāvās uz Dienvidu pola teleskopa (SPT) -SZ aptaujas un ALMA datiem, lai pamanītu galaktiku, kas pastāvēja pirms 13 miljardiem gadu (tikai 800 miljonus gadu pēc lielais sprādziens).
Saskaņā ar lielā sprādziena kosmoloģijas modeli, reionizācija attiecas uz procesu, kas notika pēc perioda, kas pazīstams kā “Tumšie laiki”. Tas notika no 380 000 līdz 150 miljoniem gadu pēc Lielā sprādziena, kur lielākā daļa Visuma fotonu mijiedarbojās ar elektroniem un protoniem. Tā rezultātā šī perioda starojums nav nosakāms ar mūsu pašreizējiem instrumentiem - no tā arī nosaukums.
Tieši pirms šī perioda notika “rekombinācija”, kurā sāka veidoties ūdeņraža un hēlija atomi. Sākotnēji jonizējot (bez kodoliem saistoties ar to kodoliem), šīs molekulas pakāpeniski uztvēra jonus, kad Visums atdzisa, kļūstot neitrāls. Laika posmā, kas sekoja - t.i., no 150 miljoniem līdz 1 miljardam gadu pēc Lielā sprādziena, sāka veidoties liela mēroga Visuma struktūra.
Tam raksturīgs bija reionizācijas process, kurā izveidojās pirmās zvaigznes un kvazāri un to starojums reionizēja apkārtējo Visumu. Tāpēc ir skaidrs, kāpēc astronomi vēlas pārbaudīt šo Visuma laikmetu. Novērojot pirmās zvaigznes un galaktikas un to ietekmi uz kosmosu, astronomi iegūs skaidrāku priekšstatu par to, kā šis agrīnais periods noveda pie Visuma, kādu mēs to šodien pazīstam.
Par laimi pētnieku komandai ir zināms, ka šī perioda masīvās, zvaigznes veidojošās galaktikas satur daudz putekļu. Kaut arī šīs galaktikas ir ļoti vājš optiskajā joslā, submilimetru viļņu garumā izstaro spēcīgu starojumu, kas padara tos detektējamus, izmantojot mūsdienu uzlabotos teleskopus - ieskaitot Dienvidu pola teleskopu (SPT), Atacama Pathfinder Experiment (APEX) un Atacama Lielo milimetru masīvu (ALMA). ).
Lai veiktu pētījumu, Strandets un Veiss paļāvās uz SPT datiem, lai atklātu putekļaino galaktiku virkni no agrīnā Visuma. Kā Maria Strandet un Axel Weiss no Maksa Planka Radioastronomijas institūta (attiecīgi pētījuma galvenā autore un līdzautori) pa e-pastu stāstīja Space Magazine:
“Mēs esam izmantojuši gaismu ar aptuveni 1 mm viļņa garumu, ko var novērot ar tādiem mm teleskopiem kā SPT, APEX vai ALMA. Šajā viļņa garumā fotonus rada putekļu termiskais starojums. Šī garā viļņa garuma izmantošanas skaistums ir tāds, ka lielā sarkano nobīdes diapazonā (atskatīšanās laiks) galaktiku aptumšošanu, ko izraisa [attāluma] palielināšanās, kompensē sarkanais nobīde - tātad novērotā intensitāte nav atkarīga no sarkanā nobīdes. Tas ir tāpēc, ka augstākas sarkanā gala novirziena galaktikām ir raksturīgi īsāki viļņu garumi (par (1 + z)), kur starojums ir spēcīgāks tāda termālā spektra gadījumā kā putekļu spektrs. ”
Tam sekoja dati no ALMA, kurus komanda izmantoja, lai noteiktu galaktiku attālumu, apskatot oglekļa monoksīda molekulu redshifted viļņu garumu to starpzvaigžņu vidēs (ISM). No visiem savāktiem datiem viņi varēja ierobežot vienas no šīm galaktikām - SPT0311-58 - īpašības, novērojot tās spektrālās līnijas. To darot, viņi noteica, ka šī galaktika pastāv tikai 760 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena.
"Tā kā signāla stiprums pie 1 mm nav atkarīgs no sarkanā nobīdes (atskaites laiks), mums nav a priori norādes, ja objekts atrodas salīdzinoši tuvu (kosmoloģiskā nozīmē) vai reionizācijas laikmetā," viņi sacīja. “Tāpēc mēs veica lielu aptauju, lai noteiktu sarkano krāsu maiņu, izmantojot molekulāro līniju emisiju, izmantojot ALMA. SPT0311-58 izrādās visaugstākais sarkanās nobīdes objekts, kas atklāts šajā aptaujā, un faktiski visattālākā līdz šim atklātā masīvā putekļainā zvaigžņu veidojošā galaktika. ”
No novērojumiem viņi arī noteica, ka SPT0311-58 ir aptuveni 330 miljardu Saules masu, kas ir apmēram 66 reizes vairāk nekā Piena Ceļa galaktika (kurai ir apmēram 5 miljardi Saules masu). Viņi arī lēsa, ka tā veido jaunas zvaigznes ar ātrumu vairāki tūkstoši gadā, kā tas varētu būt gadījumā ar kaimiņu galaktikām, kas datētas ar šo periodu.
Šis reti sastopamais un tālais objekts ir vēl viens no labākajiem kandidātiem, lai izpētītu, kā izskatījās agrīnais Visums un kā tas kopš tā laika ir attīstījies. Tas savukārt ļaus astronomiem un kosmologiem pārbaudīt Lielā sprādziena teorijas teorētisko bāzi. Kā Strandets un Veiss stāstīja Space Magazine par savu atklājumu:
Šie objekti ir svarīgi, lai izprastu galaktiku evolūciju kopumā, jo lielais putekļu daudzums, kas jau atrodas šajā avotā, tikai 760 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena, nozīmē, ka tas ir ārkārtīgi masīvs objekts. Tas vien, ka šādas masīvas galaktikas pastāvēja jau tad, kad Visums bija vēl tik jauns, uzliek stingrus ierobežojumus mūsu izpratnei par galaktiku masveida uzkrāšanos. Turklāt putekļiem jāveidojas ļoti īsā laikā, kas sniedz papildu ieskatu par putekļu rašanos no pirmās zvaigžņu populācijas. ”
Spēja ieskatīties dziļāk kosmosā un tālāku laiku atpakaļ ir radījusi daudzus pārsteidzošus vēlu atklājumus. Un tie savukārt ir apstrīdējuši dažus mūsu pieņēmumus par to, kas notika Visumā un kad. Un galu galā viņi palīdz zinātniekiem izveidot detalizētāku un pilnīgāku kosmiskās evolūcijas pārskatu. Kaut kad drīz mēs, iespējams, varēsim pat noteikt senākos Visuma mirkļus un vērot radīšanu darbībā!
