Jak możemy prześledzić tworzenie się struktur we wczesnym Wszechświecie? Autorzy artykułu opublikowanego w „ The Astrophysical Journal” zbadali otoczenie masywnych galaktyk, które istniały mniej niż dwa miliardy po Wielkim Wybuchu, aby dowiedzieć się więcej na ten temat.
Poszukiwanie kwazarów
Jednym z najlepszych sposobów na zrozumienie warunków panujących we wczesnym Wszechświecie jest badanie kwazarów – niezwykle jasnych centrów młodych galaktyk, w których supermasywne czarne dziury akreują materię. Kwazary wydają się nie być rozmieszczone losowo w przestrzeni kosmicznej, co sugeruje, że masywne galaktyki, wewnątrz których się znajdują, mogą być śladami struktur ciemnej materii, które leżą u podstaw tych galaktyk. Jeżeli tak jest, to galaktyki niebędące gospodarzami kwazarów we wczesnym Wszechświecie powinny również znajdować się przede wszystkim blisko kwazarów.
W przeszłości badano tę hipotezę, ale wyniki były sprzeczne. Niektóre badania wykazały, że kwazary mają w swoim sąsiedztwie mnóstwo galaktyk, podczas gdy inne stwierdzały, że nie ma ich więcej, niż można by się spodziewać, gdyby były losowo rozrzucone w przestrzeni kosmicznej. Jest wiele potencjalnych powodów tej różnicy zdań, w tym możliwość, że pył ukrywa te odległe galaktyki przed okiem teleskopów optycznych. W nowym artykule zespół kierowany przez Cristinę Garcíę-Vergarę (Obserwatorium w Lejdzie, Holandia) podszedł do tego zagadnienia w nowy sposób – wykorzystując potężny zestaw radioteleskopów do zajrzenia przez pył.
Duże długości fal i duże odległości
García-Vergara i jej współpracownicy obserwowali obszary otaczające 17 kwazarów o przesunięciu ku czerwieni z ~4 (około 1,6 miliarda lat po Wielkim Wybuchu) za pomocą Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) – zbioru 66 radioteleskopów pracujących razem jako jeden. Zespół poszukiwał emisji z określonej linii widmowej tlenku węgla, która może sygnalizować obecność galaktyki nawet wtedy, gdy jest ona tak spowita pyłem, że byłaby niewidoczna na optycznych długościach fal.
Używając algorytmu wyszukiwania, García-Vergara i współpracownicy zidentyfikowali wszystkie źródła emisji tlenku węgla w pobliżu każdego kwazaru i znaleźli w sumie dziewięć galaktyk emitujących tlenek węgla w 17 przeszukiwanych obszarach. Co ważne przy badaniu źródeł odległych o miliardy lat świetlnych, zespół ocenił również prawdopodobieństwo, że wykryte źródła są galaktykami w lokalnym Wszechświecie maskującym się jako galaktyki we wczesnym Wszechświecie – i stwierdził, że jest to mało prawdopodobne.
Galaktyczne sąsiedztwo
Następnie zespół wykorzystał swoje obserwacje do oszacowania, o ile więcej galaktyk jest obecnych w pobliżu kwazarów, niż można by się spodziewać, gdyby galaktyki były rozmieszczone losowo w przestrzeni. Na podstawie tej analizy zespół stwierdził, że w badanych obszarach znajduje się 17,6 razy więcej galaktyk emitujących tlenek węgla, niż wynikałoby to z losowego rozkładu.
Galaktyk jest nie tylko więcej, niż oczekiwano, ale są one również ciasno skupione wokół kwazarów. To dwa dowody potwierdzające teorię, że kwazary są śladami masywnych struktur tworzących się we wczesnym Wszechświecie – choć autorzy artykułu zauważają, że istotność statystyczna ich wyników mogłaby zostać poprawiona poprzez pogłębienie lub poszerzenie obserwacji. Miejmy nadzieję, że przyszłość przyniesie nowe obserwacje i nowe spojrzenie na galaktyki we wczesnym Wszechświecie!
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- How Crowded Are Quasar Neighborhoods in the Early Universe?
- ALMA Reveals a Large Overdensity and Strong Clustering of Galaxies in Quasar Environments at z ∼ 4
Źródło: AAS
Na ilustracji: Zdjęcie z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a przedstawiające gromadę galaktyk RXC J0032.1+1808. Źródło: ESA/Hubble & NASA, RELICS