Należący do ESO teleskop VISTA do przeglądów nieba odnalazł grupę wcześniej nieznanych galaktyk, które istniały gdy Wszechświat był w wieku niemowlęcym. Dzięki odkryciu i zbadaniu większej liczby tego typu galaktyk niż kiedykolwiek, astronomowie ustalili kiedy po raz pierwszy pojawiły się takie monstrualne galaktyki.
Zliczanie liczby galaktyk na skrawku nieba jest dla astronomów sposobem na przetestowanie teorii na temat powstawania i ewolucji galaktyk. Jednak tego typu proste zadanie staje się znacząco utrudnione gdy naukowcy próbują policzyć bardziej odległe i słabsze galaktyki. Kolejne komplikacje powoduje fakt, że najjaśniejsze i najwcześniejsze galaktyki, które można zaobserwować – najbardziej masywne galaktyki we Wszechświecie – są tym rzadsze im dalej astronomowie patrzą w przeszłość Wszechświata, a z kolei liczniejsze słabe galaktyki są wtedy jeszcze trudniejsze do odnalezienia.
Zespół astronomów, którym kierowała Karina Caputi z Kapteyn Astronomical Institute na University of Groningen, odkrył wiele odległych galaktyk, które umykały wcześniejszym badaniom. Naukowcy wykorzystali zdjęcia z przeglądu UltraVISTA, jednego z sześciu projektów wykorzystujących teleskop VISTA do przeglądów nieba w zakresie bliskiej podczerwieni. Dokonali spisu słabych galaktyk z okresu gdy Wszechświat miał od 0,75 do 2,1 miliarda lat.
UltraVISTA wykonuje od grudnia 2009 roku zdjęcia tego samego fragmentu nieba o rozmiarach prawie czterech tarcz Księżyca. To największy skrawek nieba sfotografowany aż tak głęboko w zakresie podczerwonym. Badacze połączyli obserwacje z UltraVISTA z danymi z należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Spitzera, który spogląda na kosmos na jeszcze dłuższych falach w średniej podczerwieni [1].
„Odkryliśmy 574 nowe masywne galaktyki – największą próbkę takich ukrytych galaktyk z wczesnego Wszechświata” wyjaśnia Karina Caputi. „Ich badania pozwalają nam odpowiedzieć na proste, ale ważne pytanie: kiedy po raz pierwszy pojawiły się masywne galaktyki?”
Wykonywanie zdjęć kosmosu w bliskiej podczerwieni pozwoliło astronomom na zobaczenie obiektów, które są przesłonięte przez pył i znajdują się niezwykle daleko [2], powstałych gdy Wszechświat był w wieku niemowlęcym.
Zespół odkrył zwiększenie liczby tego typu galaktyk w bardzo krótkim okresie czasu. Znaczna część masywnych galaktyk [3], które teraz widzimy wokół nas w pobliskim Wszechświecie była już uformowana trzy miliardy lat po Wielkim Wybuchu.
„Nie znaleźliśmy żadnych dowodów, że te masywne galaktyki występują wcześniej niż około miliard lat po Wielkim Wybuchu, zatem jesteśmy pewni iż wtedy musiały uformować się pierwsze tego typu obiekty” podsumował Henry Joy McCracken, współautor publikacji [4].
Co więcej, astronomowie odkryli, że masywne galaktyki były powszechniejsze niż sądzono. Galaktyki, które do tej pory były ukryte, stanowią połowę całkowitej liczby masywnych galaktyk istniejących we Wszechświecie w okresie od 1,1, a 1,5 miliarda lat [5]. Nowe wyniki zaprzeczają aktualnym modelom ewolucji galaktyk we wczesnym Wszechświecie, które nie przewidują występowania żadnych monstrualnych galaktyk w tak wczesnych czasach.
Dla jeszcze większej komplikacji sprawy, jeżeli masywne galaktyki są nieoczekiwanie bardziej zapylone we wczesnym Wszechświecie, niż sądzą astronomowie, wtedy nawet UltraVISTA nie będzie w stanie ich wykryć. Jeśli tak jest faktycznie, to obecny obraz liczby galaktyk uformowanych we wczesnym Wszechświecie może wymagać gruntownej przebudowy.
Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) także będzie poszukiwać takich „zakurzonych” galaktyk. Jeżeli uda się je odnaleźć, będą stanowić cele dla Ekstremalnie Wielkiego Teleskopu Europejskiego (E-ELT) o średnicy 39-metrów, budowanego przez ESO. Teleskop E-ELT będzie w stanie uzyskać dokładne obserwacje części pierwszych galaktyk.
Uwagi
[1] Teleskop VISTA obserwował w bliskiej podczerwieni w zakresie fal o długości 0,77 – 2,15 μm, natomiast teleskop Spitzera wykonał obserwacje w średniej podczerwieni na 3,6 i 4,5 μm.
[2] Rozszerzanie się Wszechświata oznacza, że im odleglejsza galaktyka, tym szybciej wydaje się uciekać od obserwatora na Ziemi. To rozciągnięcie powoduje, że światło od takich dalekich obiektów jest przesunięte w czerwoną stronę widma, co oznacza iż obserwacje w bliskiej i średniej podczerwieni są niezbędne do zarejestrowania światła o tego typu galaktyk.
[3] W tym kontekście “masywna” oznacza ponad 50 miliardów mass Słońca. Łączna masa gwiazd w Drodze Mlecznej także jest bliska tej wielkości.
[4] Zespół nie odnalazł oznak istnienia masywnych galaktyk poza przesunięciem ku czerwieni z=6, odpowiadającym czasowi mniejszemu niż 0,9 miliarda lat po Wielkim Wybuchu.
[5] Odpowiada to przesunięciom ku czerwieni od z=5 do z=4.
Skład zespołu badawczego: Karina I. Caputi (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Holandia), Olivier Ilbert (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, Aix-Marseille University, Francja), Clotilde Laigle (Institut d'Astrophysique de Paris, Francja), Henry J. McCracken (Institut d'Astrophysique de Paris, Francja), Olivier Le Fèvre (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, Aix-Marseille University, Francja), Johan Fynbo (Dark Cosmology Centre, Niels Bohr Institute, Kopenhaga, Dania), Bo Milvang-Jensen (Dark Cosmology Centre), Peter Capak (NASA/JPL Spitzer Science Centre, California Institute of Technology, Pasadena, Kalifornia, USA), Mara Salvato (Max-Planck Institute for Extragalactic Physics, Garching, Niemcy) oraz Yoshiaki Taniguchi (Research Center for Space and Cosmic Evolution, Ehime University, Japonia).
Więcej informacji:
- Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. Spitzer Bright, UltraVISTA Faint Sources in COSMOS: The Contribution to the Overall Population of Massive Galaxies at z = 3-7, K. Caputi et al., który ukazał się w Astrophysical Journal.
