Kuvaluotto: PPARC
Tähän asti tähtitieteilijät eivät ole pystyneet löytämään paljon tietoa siitä, mitä tapahtui maailmankaikkeuden evoluution varhaisessa vaiheessa, kun ajateltiin, että tähdet olivat muodostuneet. Mutta uusi tutkimus, jonka tähtitieteilijät ovat käyttäneet Chilen Gemini-observatorion avulla, on paljastanut useita galakseja 8–11 miljardia vuotta sitten, jotka ovat muodostuneet enemmän kuin odotettiin. He ajattelivat näkevänsä alkueläimet törmäävän toisiinsa, mutta sen sijaan he löysivät hyvin kypsiä galakseja. On mahdollista, että mustat aukot olivat paljon yleisempiä varhaisessa maailmankaikkeudessa ja toimivat ankkureina galaksien muodostamiseksi nopeasti.
Tähän asti tähtitieteilijät ovat olleet lähes sokeita taaksepäin ajassaan tutkiakseen aikakautta, jolloin suurimman osan maailmankaikkeuden tähtiä odotettiin muodostuvan. Ryhmä, mukaan lukien brittiläinen tiedemies, on poistanut tämän kriittisen kosmologisen sokean pisteen Frederick C. Gillett Gemini -pohjaisen teleskoopin avulla osoittaen, että monet nuoren maailmankaikkeuden galaksit eivät käyttäydy odotetusti noin 8–11 miljardia vuotta sitten.
Yllätys: nämä galaksit näyttävät olevan täysin muodostuneita ja kypsempiä kuin odotettiin tässä universumin evoluution varhaisessa vaiheessa. Tämä havainto on samanlainen kuin opettaja, joka kävelee luokkahuoneeseen odottaen tervehdyttävän huoneen, joka on täynnä häikäilemättömiä teini-ikäisiä ja löytävän hyvin hoidettuja nuoria aikuisia.
"Teoria kertoo meille, että tätä aikakautta tulisi hallita pienten galaksien kanssa, jotka romahtavat yhdessä", sanoi tohtori Roberto Abraham (Toronton yliopisto), joka on Geminissä havaintoja suorittavan ryhmän päätutkija. ”Näemme, että suuri osa maailmankaikkeuden tähtiä on jo paikallaan, kun maailmankaikkeus oli aika nuori, minkä ei pitäisi olla tilanne. Tämä ajallinen taaksepäin osoittaa melko selvästi, että meidän on mietittävä uudelleen sitä, mitä tapahtui tämän galaktisen evoluution varhaisen aikakauden aikana. Teoreetikoilla on ehdottomasti jotain naulata! ”
Tulokset julkistettiin tänään American Astronomical Society 203. kokouksessa Atlantassa, Georgiassa. Tiedot julkaistaan pian koko tähtitieteelliselle yhteisölle tarkempia analyysejä varten, ja neljä asiakirjaa on valmistuvan julkaisemiseen The Astrophysical Journal- ja The Astronomical Journal -lehdissä.
Tohtori Isobel Hook, Yhdistyneen kuningaskunnan Gemini-tukiryhmän johtaja, joka sijaitsee Oxfordin yliopistossa, on monikansallisen Gemini Deep Deep Survey (GDDS) -tiimin jäsen, joka suoritti tutkimuksen. Hän selittää, miten tekniikka toimii. Ryhmä käytti erityistä tekniikkaa kaappaamaan kaikkien aikojen hapein galaktinen valo, joka oli leikattu spektriksi kutsuttujen värien sateenkaareen. Kaiken kaikkiaan kerättiin yli 300 galaksin spektrit, joista suurin osa on ns. Redshift Desert -alueella. Suhteellisen tutkimaton ajanjakso maailmankaikkeudessa, jonka teleskoopit näkevät taaksepäin aikakauteen, jolloin maailmankaikkeus oli vain 3–6 miljardia vuotta. vanha.
Hän lisää: Nämä spektrit edustavat kaikkien aikojen täydellisintä näytettä galakseista Redshift-autiomaassa. Hankkimalla suuria määriä tietoja neljästä toisistaan erillään olevasta kentästä, tämä tutkimus tarjoaa tilastollisen perustan johtopäätösten tekemiselle, joihin Hubble-avaruusteleskoopin, Keckin observatorion, Subarun teleskoopin ja erittäin suuren teleskoopin tekemät aiemmat havainnot ovat epäilleet viimeisen vuosikymmenen aikana.
Heikkojen galaksien tutkiminen tällä ajanjaksolla, kun maailmankaikkeus oli vain 20–40% nykyisestä ikästään, on haastava haaste tähtitieteilijöille, jopa silloin, kun käytetään Gemini North -tyyppisen erittäin suuren teleskoopin valonkestävyyttä sen 8-metrisen peilin kanssa. Kaikki aiemmat galaksitutkimukset tässä valtakunnassa ovat keskittyneet galakseihin, joissa esiintyy voimakasta tähtiä, mikä helpottaa spektrien saamista, mutta tuottaa puolueellisen näytteen. GDDS pystyi valitsemaan edustavamman näytteen, mukaan lukien ne galaksit, joissa on eniten tähtiä poikkeavia, himmeämpiä ja massiivisempia galaksia, jotka vaativat erikoistekniikoita spektrin koaksoimiseksi himmeästä valostaan.
”Kaksosetiedot ovat kaikkein kattavin tutkimus, joka on koskaan tehty kattaen suurimman osan galakseista, jotka edustavat olosuhteita varhaisessa maailmankaikkeudessa. Nämä ovat massiivisia galakseja, joita on itse asiassa vaikeampi tutkia, koska tähtien muodostumisesta puuttuu energinen valo. Näiden pitkälle kehittyneiden galaksien, joiden tähtiä muodostavat nuoret ovat itse asiassa jo kauan poissa, ei vain pitäisi olla siellä, vaan niitä on ”, sanoi tutkimuksen päätutkija tri Karl Glazebrook (Johns Hopkins University).
Tähtitieteilijät, jotka yrittävät ymmärtää tätä asiaa, saattavat joutua asettamaan kaiken pöydälle. "On epäselvää, onko meidän tarpeen mukauttaa olemassa olevia malleja tai kehittää uusi ymmärtääksemme tätä havaintoa", kertoi tutkimuksen kolmas tutkijatohtori, tohtori Patrick McCarthy (Carnegie-instituutin seurantakeskukset). ”Kaksospektrien perusteella on aivan selvää, että nämä ovat todellakin erittäin kypsiä galakseja, emmekä näe pölyn hämärtämisen vaikutuksia. On selvää, että galaksien varhaisessa elämässä on joitain tärkeitä näkökohtia, joita emme vain ymmärrä. On jopa mahdollista, että mustat aukot ovat saattaneet olla paljon yleisempiä kuin ajattelimme varhaisessa maailmankaikkeudessa ja joilla oli suurempi rooli varhaisten galaksien muodostumisen siementtämisessä. "
Mikä on väitetysti hallitseva galaktisen evoluutioteorian mukaan, galaksien populaatiota tässä varhaisessa vaiheessa olisi pitänyt hallita evoluutioelementtejä. Sovellettuna nimeltään hierarkkinen malli, se ennustaa, että normaaleja suuria galakseja, kuten tässä työssä tutkittuja, ei olisi vielä olemassa, vaan ne muodostuvat sen sijaan paikallisista mehiläispesistä, joissa suuret galaksit kasvoivat. GDDS paljastaa, että näin ei ehkä ole.
Tämän tutkimuksen spektrejä käytettiin myös tähtien muodostamien raskaiden elementtien (nimeltään “metallit”) pilaantumisen määrittämiseen. Tämä on keskeinen indikaattori tähtien evoluutiohistoriasta galakseissa. Tutkimuksen tätä näkökohtaa tutkinut Sandra Savaglio (Johns Hopkinkin yliopisto) sanoi: ”Meidän tulkintamme maailmankaikkeudesta vaikuttaa voimakkaasti tapa, jolla me sitä havaitsemme. Koska GDDS havaitsi erittäin heikkoja galakseja, voimme havaita tähtienvälisen kaasun, vaikka se osittain peittyisi pölyn läsnäolosta. Tutkimalla tähtienvälisen kaasun kemiallista koostumusta, huomasimme, että tutkimuksessamme galaktikot ovat odotetusti metallirikkaampia. "
Caltechin tähtitieteilijä, tohtori Richard Ellis kommentoi: ”Gemini Deep Deep Survey on erittäin merkittävä saavutus sekä teknisesti että tieteellisesti. Tutkimus on tarjonnut uuden ja arvokkaan galaksien väestölaskennan kosmisen historian avainjaksolla, jota on tähän mennessä ollut vaikea tutkia, etenkin galaksien populaation rauhallisessa osassa. "
Havaintojen tekeminen Redshift-autiomaassa on turhauttanut nykyajan tähtitieteilijöitä viimeisen vuosikymmenen ajan. Vaikka tähtitieteilijät ovat tienneet, että Redshift-autiomaassa on oltava runsaasti galakseja, se on vain "aavikko", koska emme voineet saada hyviä spektriä monilta heistä. Ongelma on siinä, että näiden galaktien tutkimiseen käytettyjen tärkeimpien spektroskooppisten piirteiden on siirrytty punaiseen suuntaan Universeinto-alueen laajentamiseksi osaksi optista spektriä, joka vastaa heikkoa, luonnollista, hämärtävää hehkua maan yön ilmakehässä.
Tämän ongelman ratkaisemiseksi käytettiin Gemini-kaukoputkessa hienostunutta tekniikkaa nimeltä ”Nod and Shuffle”. ”Nod- ja Shuffle-tekniikka antaa meille mahdollisuuden poistaa yötaivaan heikko luonnollinen hehku paljastaakseen sen alla olevien galaksien heikkojen spektrien. Nämä galaksit ovat yli 300 kertaa vaaleampia kuin tämä taivaanhehku ”, kertoo tohtori Kathy Roth, Geminin tähtitieteilijä, joka oli myös osa joukkuetta ja saanut suuren osan tiedoista. "Se on osoittautunut erittäin tehokkaaksi tapaksi radikaalisti vähentää" melua "tai kontaminaatiotasoa, joka löytyy elektronisen valonilmaisimen signaalista."
Jokainen havainto kesti vastaavasti noin 30 tuntia ja tuotti samanaikaisesti lähes 100 spektriä. Koko projekti vaati yli 120 tuntia kaukoputken aikaa. "Tämä on paljon arvokasta aikaa taivaalla, mutta kun ajattelet, että se on antanut meille mahdollisuuden auttaa täyttämään kriittisen 20 prosentin aukon ymmärryksessämme maailmankaikkeudesta, aika vietettiin hyvin", lisää tohtori Glazebrook Nodin ja Shufflen käyttö Joss Hawthornin kanssa heikkoihin galaksihavaintoihin muutama vuosi sitten Anglo-Australian observatoriossa.
Aikaisemmat tutkimukset Redshift-autiomaassa ovat keskittyneet galakseihin, jotka eivät välttämättä ole edustavia valtavirtojärjestelmiä. Tätä tutkimusta varten galaksit valittiin huolellisesti Las Campanasin infrapunatutkimuksen tietojen perusteella sen varmistamiseksi, että voimakkaita ultraviolettiä säteileviä tähtipurskeita galakseja ei otettu liian suurelta otannalta. "Tämä tutkimus on ainutlaatuinen siinä mielessä, että pystyimme tutkimaan spektrin punaista päätä, ja tämä kertoo meille vanhojen tähtien aikakaudesta", tohtori Abraham sanoo. ”Teimme Geminiaboutin kanssa uskomattoman pitkiä valotuksia kymmenen kertaa niin kauan kuin tyypillisiä valotuksia. Katsotaanpa, että katsomme paljon himmeämpiä galakseja kuin yleensä on, ja keskitytään suurimpaan osaan tähtiä pelkkien nuorten sijaan. Tämän ansiosta on paljon helpompaa selvittää, kuinka galaksit kehittyvät. Emme enää arvaa sitä tutkimalla nuoria esineitä ja olettaen, että vanhat esineet eivät vaikuttaneet paljon galaksin evoluutiojuttuun. Osoittautuu, että siellä on paljon vanhoja galakseja, mutta niitä on todella vaikea löytää. ”
Alkuperäinen lähde: PPARC-lehdistötiedote
