Wykorzystując wiele radioteleskopów na całym świecie, zespół astronomów odkrył kilka galaktyk we wczesnym Wszechświecie, które ze względu na ogromne ilości pyłu były ukryte przed naszym wzrokiem. Obserwacje pozwoliły zespołowi zmierzyć temperaturę i grubość pyłu, wykazując, że tego typu galaktyki znacząco przyczyniły się do całkowitego powstawania gwiazd, gdy Wszechświat miał zaledwie 1/10 swojego obecnego wieku.
Pomiar tempa, w jakim gwiazdy rodzą się w galaktykach w czasie kosmicznym, jest jednym z podstawowych sposobów, w jaki astronomowie opisują właściwości i ewolucję galaktyk.
Do oszacowania tak zwanego współczynnika powstawania gwiazd stosuje się różne metody, zwykle zależne od światła emitowanego albo przez gwiazdy albo materię oświetlaną przez gwiazdy.
Pył kosmiczny
Jednak powstające gwiazdy mają tendencję do tworzenia pyłu – cząstek pierwiastków, takich jak węgiel, krzem, tlen i żelazo. Pył pojawia się jako gęste obłoki w przestrzeni między gwiazdami, prawdopodobnie całkowicie ukrywając gwiazdy przed naszym wzrokiem.
To sprawia, że trudno jest określić tempo powstawania gwiazd, szczególnie w młodych galaktykach gwiazdotwórczych, gdzie pył nie zdążył jeszcze rozproszyć się daleko od zwartych miejsc powstawania gwiazd.
W miarę jak pył jest podgrzewany, zaczyna świecić w długofalowym promieniowaniu podczerwonym, które, choć niewidoczne dla ludzkiego oka, może być wykryte przez teleskopy przeznaczone do obserwacji tych długości fal.
Jednak w przypadku najbardziej zwartych, pokrytych pyłem galaktyk gwiazdotwórczych, widzimy jedynie powierzchnię obłoków. Galaktyki te są niewidoczne nie tylko na optycznych długościach fal, ale także na początku widma podczerwonego, zupełnie ciemnego nawet dla Kosmicznego Teleskopu Hubble’a.
Galaktyki na falach radiowych
Zespół astronomów postanowił przyjrzeć się wczesnemu Wszechświatowi na jeszcze większej długości fali, wykorzystując anteny radiowe/mikrofalowe w dwóch największych na świecie obserwatoriach radiowych, Atacama Large Millimeter Array (ALMA) w Chile i Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) we Francji.
W połączeniu z obserwacjami tego samego pola na niebie pozyskanymi za pomocą innych radioteleskopów, obserwacje Shuowena Jina ujawniły populację zwartych galaktyk gwiazdotwórczych, zamaskowanych w niezwykle gęstych obłokach pyłowych.
Przebijając się przez obłoki
Obserwacje na falach radiowych i mikrofalach pozwoliły astronomom zmierzyć tempo formowania się gwiazd oraz temperaturę pyłu.
W tych epokach, 1-2 miliardy lat po Wielkim Wybuchu, galaktyki takie jak te miały znaczący wkład w całkowite tempo powstawania gwiazd we Wszechświecie, ale przechodzą niezauważone w obserwacjach w świetle optycznym i w bliskiej podczerwieni – mówi Shuowen Jin.
Badanie wyjaśnia, dlaczego te galaktyki są tak ciemne w świetle widzialnym i w podczerwieni: Ponieważ obłoki pyłu są tak grube i gęste, światło widzialne i bliska podczerwień nie może się przez nie przedostać. Nawet światło dalekiej podczerwieni jest częściowo absorbowane – wyjaśnia Shuowen Jin.
Obserwacje pokazują nie tylko pył, ale także cząsteczki tlenku węgla (CO), wymieszane wewnątrz obłoków. Światło emitowane przez CO może pomóc astronomom w badaniu innej ważnej wielkości w galaktykach, a mianowicie masy całego gazu w galaktyce. Jednak jednym z kluczowych wyników pracy Jina i jego współpracowników jest to, że standardowy sposób wnioskowania o masie gazu na podstawie emisji CO jest błędny.
Obserwowane światło jest emitowane z powierzchni obłoków pyłowych. Typowe modele nie biorą pod uwagę, że światło jest blokowane wewnątrz chmur, zmieniając swoją długość fali zanim ucieknie. Uwzględnienie tego efektu ma dość drastyczne implikacje.
Nasz model uwzględnia fakt, że nawet światło podczerwone nie ucieka bezpośrednio z centrum obłoków pyłowych. To pokazuje nam, że poprzednie szacunki masy gazu zostały przeszacowane o czynnik 2-3 w zwartych, zapylonych galaktykach gwiazdotwórczych – wyjaśnia Shuowen Jin.
Badanie zostało właśnie przyjęte do publikacji w Astronomy & Astrophysics. Preprint jest dostępny tutaj.
Więcej informacji:
- Radio- and microwaves reveal true nature of dark galaxies in the early Universe
- Diagnosing deceivingly cold dusty galaxies at 3.5<z<6: a substantial population of compact starbursts with high infrared optical depths
Źródło: Niels Bohr Institute
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Wizja artystyczna spowitej pyłem galaktyki gwiazdotwórczej. Źródło: ESO/M. Kornmesser.
