În căutarea lor de a învăța cum a ajuns Universul nostru, oamenii de știință au sondat foarte adânc în spațiu (și, prin urmare, foarte departe în timp). În final, scopul lor este de a determina când s-au format primele galaxii din Universul nostru și ce efect au avut acestea asupra evoluției cosmice. Eforturile recente de localizare a acestor formațiuni primare s-au dovedit la distanțe de până la 13 miliarde de ani lumină de Pământ - adică la aproximativ 1 miliard de ani după Big Bang.
Din aceasta, oamenii de știință sunt acum capabili să studieze modul în care galaxiile timpurii au afectat materia din jurul lor - în special, reionizarea atomilor neutri. Din păcate, majoritatea galaxiilor timpurii sunt foarte slabe, ceea ce face dificilă studierea interioarelor lor. Dar, datorită unui sondaj recent realizat de o echipă internațională de astronomi, a fost observată o galaxie mai luminoasă, masivă, care ar putea oferi o privire clară asupra modului în care galaxiile timpurii au dus la reionizare.
Studiul care detaliază concluziile lor, intitulat „Proprietățile ISM ale unei galaxii masive, formate în stele praf descoperite la z ~ 7 „, a fost publicat recent în Jurnalele Astrofizice Scrisori.Condusă de cercetători de la Institutul Max Planck pentru Radio Astronomie din Bonn, Germania, echipa s-a bazat pe datele obținute de sondajul de la Polul Sud (SPT) -SZ și ALMA pentru a observa o galaxie care a existat acum 13 miliarde de ani (la doar 800 de milioane de ani după Big Bang-ul).
În conformitate cu modelul de cosmologie Big Bang, reionizarea se referă la procesul care a avut loc după perioada cunoscută drept „Evul Întunecat”. Acest lucru s-a produs între 380.000 și 150 de milioane de ani după Big Bang, unde majoritatea fotonilor din Univers au interacționat cu electronii și protonii. Drept urmare, radiațiile din această perioadă sunt nedetectabile de instrumentele noastre actuale - de unde și numele.
Chiar înainte de această perioadă, a avut loc „Recombinarea”, unde au început să se formeze atomi de hidrogen și heliu. Initial ionizate (fara electroni legati de nucleii lor) aceste molecule au captat treptat ioni in timp ce Universul s-a racit, devenind neutru. În perioada care a urmat - adică între 150 de milioane și 1 miliard de ani după Big Bang - a început să se formeze structura pe scară largă a Universului.
Intrinsic la aceasta a fost procesul de reionizare, în care s-au format primele stele și cvasari și radiația lor a reionizat Universul înconjurător. Prin urmare, este clar de ce astronomii doresc să sondeze această eră a Universului. Observând primele stele și galaxii și ce efect au avut asupra cosmosului, astronomii vor obține o imagine mai clară despre modul în care această perioadă timpurie a dus la Univers așa cum o cunoaștem astăzi.
Din fericire pentru echipa de cercetare, galaxiile masive, formatoare de stele din această perioadă, sunt cunoscute ca conținând o mare cantitate de praf. Deși sunt foarte slabe în banda optică, aceste galaxii emit radiații puternice la lungimile de undă submillimetrice, ceea ce le face detectabile folosind telescoape avansate de astăzi - inclusiv Telescopul Polului Sud (SPT), Atacama Pathfinder Experiment (APEX) și Atacama Large Millimeter Array (ALMA) ).
De dragul studiului lor, Strandet și Weiss s-au bazat pe datele de la SPT pentru a detecta o serie de galaxii prăfuite din Universul timpuriu. După cum au spus Maria Strandet și Axel Weiss, de la Institutul Max Planck pentru Radio Astronomie (și autorul principal și coautorii studiului), revista Space Space prin e-mail:
„Am folosit lumină de aproximativ 1 mm lungime de undă, care poate fi observată de telescoape mm precum SPT, APEX sau ALMA. La această lungime de undă fotonii sunt produși de radiația termică a prafului. Frumusețea utilizării acestei lungimi de undă lungi este că, pentru o gamă mare de redshift (privirea timpului înapoi), întunecarea galaxiilor [cauzate] de creșterea distanței este compensată de redshift - deci intensitatea observată este independentă de redshift. Acest lucru se datorează faptului că, pentru galaxiile redshift mai mari, se analizează lungimi de undă intrinsec mai scurte (cu (1 + z)) unde radiația este mai puternică pentru un spectru termic precum spectrul prafului. ”
Aceasta a fost urmată de datele de la ALMA, pe care echipa le-a folosit pentru a determina distanța galaxiilor, analizând lungimea de undă redusă a moleculelor de monoxid de carbon din mediile lor interstelare (ISM). Din toate datele pe care le-au colectat, au putut să constrângă proprietățile uneia dintre aceste galaxii - SPT0311-58 - prin respectarea liniilor sale spectrale. În acest sens, au stabilit că această galaxie a existat la doar 760 de milioane de ani după Big Bang.
„Întrucât puterea semnalului la 1mm este independentă de redshift (priviți timpul înapoi), nu avem un indiciu a priori dacă un obiect este relativ aproape (în sens cosmologic) sau în epoca reionizării”, au spus aceștia. „De aceea am întreprins un sondaj de amploare pentru a determina redshift-urile prin emisia de linii moleculare folosind ALMA. SPT0311-58 se dovedește a fi cel mai înalt obiect redshift descoperit în acest sondaj și, de fapt, cea mai îndepărtată galaxie plină de praf formată în stele până acum descoperită. "
Din observațiile lor, ei au stabilit, de asemenea, că SPT0311-58 are o masă de aproximativ 330 de miliarde de mase solare, ceea ce este de aproximativ 66 de ori mai mare decât galaxia Calea Lactee (care are aproximativ 5 miliarde de mase solare). Ei au estimat, de asemenea, că formează stele noi, în proporție de câteva mii pe an, ceea ce ar putea fi cazul galaxiilor vecine care sunt datate în această perioadă.
Acest obiect rar și îndepărtat este unul dintre cei mai buni candidați încă pentru a studia cum arăta Universul timpuriu și cum a evoluat de atunci. Aceasta la rândul său va permite astronomilor și cosmologilor să testeze baza teoretică a teoriei Big Bang. În timp ce Strandet și Weiss au spus Space Magazine despre descoperirea lor:
„Aceste obiecte sunt importante pentru a înțelege evoluția galaxiilor în ansamblu, deoarece cantitățile mari de praf prezente deja în această sursă, la numai 760 de milioane de ani după Big Bang, înseamnă că este un obiect extrem de masiv. Simplul fapt că astfel de galaxii masive existau deja atunci când Universul era încă atât de tânăr pune constrângeri puternice în înțelegerea noastră de acumulare de masă a galaxiilor. În plus, praful trebuie să se formeze într-un timp foarte scurt, ceea ce oferă informații suplimentare asupra producției de praf de la prima populație stelară. "
Abilitatea de a privi mai adânc în spațiu și de a depăși în timp, a dus la multe descoperiri surprinzătoare ale sfârșitului. Și acestea, la rândul lor, au contestat unele dintre presupunerile noastre despre ce s-a întâmplat în Univers și când. Și, în final, îi ajută pe oamenii de știință să creeze o relatare mai detaliată și mai completă a evoluției cosmice. Într-o bună zi, am putea chiar să analizăm cele mai timpurii momente din Univers și să urmărim crearea în acțiune!
