Credit de imagine: PPARC
Până acum, astronomii nu au reușit să găsească o mulțime de date despre ceea ce s-a întâmplat la o fază timpurie în evoluția Universului, când s-a crezut că stelele au fost formate. Însă noi cercetări, efectuate de astronomii care folosesc observatorul Gemeni din Chile, au scos la iveală mai multe galaxii în urmă cu 8-11 miliarde de ani, care sunt mai complet formate decât se așteptau. Au crezut că vor vedea protogalaxii prăbușindu-se între ele, dar în schimb au găsit galaxii foarte mature. Este posibil ca găurile negre să fie mult mai frecvente în Universul timpuriu și să servească drept ancore pentru a forma galaxii rapid.
Până acum, astronomii au fost aproape orbi când au privit înapoi în timp pentru a cerceta o epocă în care se preconiza că s-au format cele mai multe stele din Univers. Acest spot orb cosmologic critic a fost eliminat de o echipă, inclusiv de un om de știință din Marea Britanie, folosind Frederick C. Gillett Gemini North Telescope, arătând că multe galaxii din Universul tânăr nu se comportă așa cum se aștepta cu aproximativ 8-11 miliarde de ani în urmă.
Surpriza: aceste galaxii par a fi mai complet formate și mai mature decât se aștepta în acest stadiu timpuriu al evoluției Universului. Această constatare este similară cu un profesor care merge într-o sală de clasă, care se așteaptă să întâmpine o cameră plină de adolescenți neliniștiți și să găsească adulți tineri bine îngrijite.
„Teoria ne spune că această epocă ar trebui să fie dominată de mici galaxii care se prăbușesc”, a spus dr. Roberto Abraham (Universitatea din Toronto), care este un co-investigator principal al echipei care conduce observațiile la Gemeni. „Vedem că o mare parte din stelele din Univers sunt deja în vigoare când Universul era destul de tânăr, ceea ce nu ar trebui să fie cazul. Această privire din timp arată destul de clar că trebuie să ne gândim din nou la ce s-a întâmplat în această epocă timpurie în evoluția galactică. Teoreticienii vor avea cu siguranță ceva de gândit! ”
Rezultatele au fost anunțate astăzi în cadrul celei de-a 203-a reuniuni a American Astronomical Society din Atlanta, Georgia. Datele vor fi curând lansate în întreaga comunitate astronomică pentru analiză suplimentară, iar patru lucrări sunt aproape de finalizare pentru publicarea în The Astrophysical Journal și The Astronomical Journal.
Dr. Isobel Hook, liderul grupului de susținere al Gemenilor din Marea Britanie, cu sediul la Universitatea Oxford, este membru al echipei multinaționale Gemeni Deep Deep Survey (GDDS) care a întreprins ancheta. Ea explică modul în care funcționează tehnica, Echipa a folosit o tehnică specială pentru a capta cea mai slabă lumină galactică disecată vreodată în curcubeul de culori numit spectru. În total, s-au colectat spectre din peste 300 de galaxii, cele mai multe dintre acestea fiind în ceea ce se numește „Desertul Redshift”, o perioadă relativ neexplorată a Universului văzută de telescoape care se întorceau într-o epocă în care universul avea doar 3-6 miliarde de ani vechi.
Ea adaugă, Aceste spectre reprezintă cel mai complet eșantion obținut vreodată de galaxii în Deșertul Redshift. Prin obținerea unor cantități mari de date din patru câmpuri larg separate, acest studiu oferă baza statistică pentru a trage concluzii care au fost suspectate de observațiile anterioare făcute de Telescopul spațial Hubble, Observatorul Keck, Telescopul Subaru și Telescopul foarte mare în ultimul deceniu.
Studierea galaxiilor slabe în această epocă, când Universul avea doar 20-40% din vârsta sa actuală, reprezintă o provocare descurajantă pentru astronomi, chiar și atunci când folosește capacitatea de colectare a luminii unui telescop foarte mare precum Gemenii Nord cu oglinda sa de 8 metri. Toate sondajele anterioare ale galaxiilor din acest tărâm s-au concentrat pe galaxii unde are loc formarea de stele intense, ceea ce face mai ușoară obținerea spectrelor, dar produce o probă părtinitoare. GDDS a fost capabil să selecteze un eșantion mai reprezentativ, inclusiv acele galaxii care dețin cele mai multe stele anormale, mai scăzute și mai masive de galaxie care cer tehnici speciale pentru a coaxa un spectru din lumina lor slabă.
„Datele Gemenilor este cel mai cuprinzător sondaj făcut vreodată, acoperind cea mai mare parte a galaxiilor care reprezintă condiții din Universul timpuriu. Acestea sunt galaxiile masive, care sunt de fapt mai dificil de studiat din cauza lipsei lor de lumină energetică provenită din formarea stelelor. Aceste galaxii puternic dezvoltate, a căror tinerețe formatoare de stele este de fapt dispărută, nu ar trebui să fie acolo, ci sunt ”, a declarat investigatorul co-principal dr. Karl Glazebrook (Universitatea Johns Hopkins).
Astronomii care încearcă să înțeleagă această problemă ar trebui să pună totul pe masă. „Nu este clar dacă trebuie să modificăm modelele existente sau să dezvoltăm unul nou pentru a înțelege această constatare”, a declarat cel de-al treilea investigator co-principal al sondajului, dr. Patrick McCarthy (Observatorii Instituției Carnegie). „Din spectrele Gemenilor este destul de evident faptul că acestea sunt într-adevăr galaxii foarte mature, iar noi nu vedem efectele obscurării prafului. Evident, există câteva aspecte majore despre viața timpurie a galaxiilor pe care doar nu le înțelegem. Este chiar posibil ca găurile negre să fi fost mult mai omniprezente decât am crezut în Universul timpuriu și să fi jucat un rol mai mare în însămânțarea formării timpurii de galaxie. "
Ceea ce este, probabil, teoria evoluției galactice dominante postulează că populația de galaxii în acest stadiu timpuriu ar fi trebuit să fie dominată de blocuri de construcție evolutive. Numit Aptic Modelul Ierarhic, prezice că galaxiile normale pentru mari, precum cele studiate în această lucrare, nu ar exista încă și se vor forma, în schimb, din stupii locali de activitate unde au crescut galaxiile mari. GDDS dezvăluie că este posibil să nu fie cazul.
Spectrele din acest sondaj au fost, de asemenea, utilizate pentru a determina poluarea gazului interstelar de către elementele grele (numite „metale”) produse de stele. Acesta este un indicator cheie al istoriei evoluției stelare în galaxii. Sandra Savaglio (Johns Hopkins University), care a studiat acest aspect al cercetării, a spus: „Interpretarea noastră despre Univers este puternic afectată de modul în care îl observăm. Deoarece GDDS a observat galaxii foarte slabe, am putea detecta gazul interstelar chiar dacă este parțial obscurit de prezența prafului. Studiind compoziția chimică a gazului interstelar, am descoperit că galaxiile din sondajul nostru sunt mai bogate în metale decât se aștepta. ”
Astronomul din Caltech, Dr. Richard Ellis a comentat: „Studiul adânc al Gemenilor reprezintă o realizare semnificativă, atât din punct de vedere tehnic, cât și științific. Sondajul a furnizat un nou și valoros recensământ de galaxii într-o perioadă-cheie din istoria cosmică, una care a fost dificil de studiat până în prezent, în special pentru componenta liniștită a populației de galaxii. "
Făcând observații în deșertul Redshift i-a frustrat pe astronomii moderni în ultimul deceniu. Deși astronomii au știut că trebuie să existe o mulțime de galaxii în Deșertul Redshift, este doar un „deșert”, deoarece nu am putea obține spectre bune de la multe dintre ele. Problema constă în faptul că caracteristicile spectroscopice cheie folosite pentru a studia aceste galaxii au fost reduse în urma extinderii Universului într-o parte a spectrului optic care corespunde unei străluciri slabe, naturale, obscure în atmosfera de noapte a Pământului.
Pentru a depăși această problemă, pe telescopul Gemeni a fost utilizată o tehnică sofisticată numită „Nod and Shuffle”. „Tehnica Nod and Shuffle ne permite să scăpăm de strălucirea naturală slabă a cerului nocturn, pentru a dezvălui spectrul tenui de galaxii de sub ea. Aceste galaxii sunt de peste 300 de ori mai slabe decât strălucirea acestui cer ”, explică dr. Kathy Roth, astronom în Gemeni, care a făcut parte din echipă și a obținut o mare parte din date. „S-a dovedit a fi un mod extrem de eficient de a reduce radical nivelul de„ zgomot ”sau de contaminare care se găsește în semnalul unui detector electronic de lumină.”
Fiecare observație a durat echivalentul a aproximativ 30 de ore și a produs aproape 100 de spectre simultan. Întregul proiect a necesitat peste 120 ore totale de timp de telescop. „Este mult timp valabil pe cer, dar atunci când considerați că ne-a permis să ajutăm să completăm un decalaj crucial de 20% în înțelegerea noastră despre Univers, a fost timpul petrecut bine”, adaugă Dr. Glazebrook, care a dezvoltat utilizarea Nod și Shuffle cu Joss Hawthorn pentru observații slabe ale galaxiei în timp ce se aflau la Observatorul Anglo-Australian în urmă cu câțiva ani.
Studiile anterioare din deșertul Redshift s-au concentrat pe galaxii care nu erau neapărat reprezentative pentru sistemele mainstream. Pentru acest studiu, galaxiile au fost selectate cu atenție pe baza datelor din Sondajul infraroșu Las Campanas, pentru a se asigura că galaxiile puternice cu radiații ultraviolete care nu au fost suprasolicitate nu au fost eșantionate. „Acest studiu este unic prin faptul că am putut studia capătul roșu al spectrului, iar acest lucru ne spune despre vârstele stelelor vechi”, spune dr. Abraham. „Am efectuat expuneri incredibil de lungi cu Geminiabout de zece ori mai mult decât expunerile tipice. Acest lucru să ne uităm la galaxii mult mai slabe decât se întâmplă de obicei și să ne concentrăm pe cea mai mare parte a stelelor, în loc de cele mai strălucitoare. Acest lucru ne face mult mai ușor să descoperim modul în care evoluează galaxiile. Nu mai ghicim la asta studiind obiecte tinere și presupunând că obiectele vechi nu contribuiau mult la povestea evoluției galaxiei. Se dovedește că există o mulțime de galaxii vechi, dar sunt foarte greu de găsit. ”
Sursa originală: Comunicat de presă PPARC
