Nykyiset teoriat galaksien muodostumisesta perustuvat pienempien kokonaisuuksien hierarkkiseen sulautumiseen suurempiin ja suurempiin rakenteisiin, jotka alkavat suunnilleen tähtimaisen pallomaisen klusterin koosta ja päättyen galaksien klustereihin. Tämän skenaarion mukaan oletetaan, että nuoressa maailmankaikkeudessa ei ollut massiivisia galakseja.
Tätä näkemystä on kuitenkin jo ehkä tarkistettava. Useiden moodien FORS2-instrumentin avulla Paranalin erittäin suurella kaukoputkella, italialaisten tähtitieteilijöiden ryhmä on tunnistanut neljä kauko-galaksia, jotka ovat useita kertoja massiivisempia kuin Linnunradan galaksi tai yhtä massiiviset kuin nykypäivän maailmankaikkeuden raskaimmat galaksit. Niiden galaksien on täytynyt muodostua, kun maailmankaikkeus oli vasta noin 2000 miljoonaa vuotta vanha, eli noin 12 000 miljoonaa vuotta sitten.
Äskettäin löydetyt esineet voivat olla jäseniä vanhoissa massiivisissa galakseissa, joita ei ole toistaiseksi havaittu.
Tällaisten järjestelmien olemassaolo osoittaa, että massiivisten elliptisten galaksien muodostuminen oli varhaisessa universumissa paljon nopeampaa kuin nykyisestä teoriasta odotetaan.
Hierarkkinen sulautuminen
Galaksit ovat kuin maailmankaikkeuden saaret, jotka on valmistettu tähtiä sekä pöly- ja kaasupilviä. Niitä on erikokoisia ja -muotoisia. Tähtitieteilijät erottavat yleensä spiraal galaksit - kuten oma Linnunrata, NGC 1232 tai kuuluisa Andromedan galaksi - ja elliptiset galaksit, joista jälkimmäinen sisältää enimmäkseen vanhoja tähtiä ja joissa on hyvin vähän pölyä tai kaasua. Jotkut galaksit ovat spiraalien ja elliptisten välissä ja niitä kutsutaan lensi- tai pallogalakseiksi galakseiksi.
Galaksit eivät ole vain muodoltaan erillisiä, vaan myös erikokoisia: jotkut voivat olla yhtä kevyitä kuin tähtitaivainen globaali klusteri Linnunradallamme (ts. Ne sisältävät suunnilleen muutaman miljoonan aurinkoa vastaavan), kun taas toiset voivat olla massiivisempia kuin miljoona miljoonaa aurinkoa. Tällä hetkellä yli puolet maailmankaikkeuden tähdistä sijaitsee massiivisissa pallomaisissa galakseissa.
Yksi nykyaikaisen astrofysiikan ja kosmologian avoimista kysymyksistä on, miten ja milloin galaksit muodostuivat ja kehittyivät alkumaailman kaasusta, joka täytti varhaisen maailmankaikkeuden. Nykyisin suosituimmassa teoriassa paikallisen maailmankaikkeuden galaksit ovat seurausta suhteellisen hitaasta prosessista, jossa pienet ja vähemmän massiiviset galaksit sulautuvat asteittain rakentamaan isompia ja massiivisempia galakseja. Tässä skenaariossa, jota kutsutaan “hierarkkiseksi sulautumiseksi”, nuorta maailmankaikkeutta asuttivat pienet galaksit, joilla oli vähän massaa, kun taas nykyinen maailmankaikkeus sisältää suuria, vanhoja ja massiivisia galakseja - viimeisimmät, jotka muodostuvat hitaan kokoonpanoprosessin viimeisessä vaiheessa.
Jos tämä skenaario olisi totta, silloin ei pitäisi löytää massiivisia elliptisiä galakseja nuoresta maailmankaikkeudesta. Tai toisin sanoen äärellisen valonopeuden vuoksi ei pitäisi olla niin massiivisia galakseja, jotka olisivat kaukana meistä. Ja todellakin, tähän mennessä melko kymmenen vuotta sitten löydetyn punaisen siirtymän 1.55 radion galaksin ulkopuolella ei tunneta vanhaa elliptistä galaksia.
K20-kysely
Jotta ymmärrettäisiin paremmin galaksien muodostumisprosessia ja varmistettaisiin hierarkkisen sulautumisskenaarion pätevyys, italialaisten ja ESOn tähtitieteilijöiden ryhmä käytti ESOn erittäin suurta kaukoputkea "aikakoneena" etsiäkseen erittäin etäisiä elliptisiä galakseja. Tämä ei ole kuitenkaan triviaalia. Etäisten elliptisten galaksien, joiden sisällössä on vanhoja ja punaisia tähtiä, on oltava todella heikkoja kohteita todellakin optisilla aallonpituuksilla, koska suurin osa niiden valosta siirtyy punaisesti spektrin infrapunaosaan. Etäiset elliptiset galaksit ovat siis vaikeimpien havaintokohteiden joukossa jopa suurimpien kaukoputkien tapauksessa; siksi myös 1.55 punasiirtotietue on säilynyt niin kauan.
Mutta tämä haaste ei pysäyttänyt tutkijoita. He saivat syvän optisen spektroskopian monimuotoisella FORS2-instrumentilla VLT: llä näytteelle 546 heikosta esineestä, jotka löytyivät 52 kaarminmin2 taivaan alueelta (tai noin kymmenesosa täysikuun alueesta), joka tunnetaan nimellä K20-kenttä, ja joka osittain päällekkäinen TAVARAT-etelä-alueen kanssa. Heidän sitkeys kannatti ja he saivat palkinnon löytämällä neljä vanhaa, massiivista galaksia, joiden punasiirto oli välillä 1,6–1,9. Nämä galaksit nähdään, kun maailmankaikkeus oli vain noin 25% nykyisestä 13 700 miljoonan vuoden ikäisyydestään.
Yhdessä galakseissa K20-ryhmä hyötyi myös ESO / GOODS-ryhmän ottamasta tietokannasta GOODS-South -alueen julkisesti saatavilla olevista spektristä.
Uusi galaksien populaatio
Äskettäin löydetyt galaksit nähdään siis, kun maailmankaikkeus oli noin 3500 miljoonaa vuotta vanha, ts. 10 000 miljoonaa vuotta sitten. Mutta otetuista spektristä näyttää siltä, että nämä galaksit sisältävät tähtiä, joiden ikä on 1 000–2 000 miljoonaa vuotta. Tämä tarkoittaa, että galaksien on oltava muodostuneet vastaavasti aikaisemmin, ja että niiden on oleellisesti saatettu loppuun kokoonpanostaan hetkellä, jolloin maailmankaikkeus oli vain 1 500–2 500 miljoonaa vuotta vanha.
Galakseilla näyttää olevan massoja, jotka ylittävät satatuhatta miljoonaa auringon massaa, ja siksi ne ovat kooltaan samanlaisia kuin nykypäivän maailmankaikkeuden massiivisimmat galaksit. Hubble-avaruusteleskoopin GOODS-tutkimuksessa (”The Great Observatories Origins Deep Survey”) tehdyt lisäkuvat osoittavat, että näiden galaksien rakenteet ja muodot ovat enemmän tai vähemmän samat kuin nykypäivän massiivisissa elliptisissä galakseissa.
Uudet havainnot ovat siis paljastaneet uuden populaation hyvin vanhoista ja massiivisista galakseista.
Tällaisten massiivisten ja vanhojen pallomaisten galaksien olemassaolo varhaisessa maailmankaikkeudessa osoittaa, että nykypäivän massiivisten elliptisten galaksien kokoonpano alkoi paljon aikaisemmin ja oli paljon nopeampaa kuin hierarkkisen sulautumisteorian ennusti. Andrea Cimatti (INAF, Firenze, Italia), ryhmän vetäjä: "Uusi tutkimuksemme herättää nyt peruskysymyksiä ymmärryksestämme ja tiedostamme prosesseista, jotka säätelivät maailmankaikkeuden ja sen rakenteiden syntymistä ja evoluutiohistoriaa."
Alkuperäinen lähde: ESO-lehdistötiedote
