Изображение предоставлено: PPARC
До сих пор астрономам не удавалось найти много данных о том, что произошло на ранней стадии эволюции Вселенной, когда считалось, что звезды сформировались. Но новое исследование, проведенное астрономами с использованием обсерватории Близнецов в Чили, выявило несколько галактик 8–11 миллиардов лет назад, которые сформировались более полно, чем ожидалось. Они думали, что увидят, как протогалактики врезаются друг в друга, но вместо этого они нашли очень зрелые галактики. Вполне возможно, что черные дыры были гораздо более распространены в ранней Вселенной и служили якорями для быстрого формирования галактик.
До сих пор астрономы были почти слепы, оглядываясь назад, чтобы рассмотреть эпоху, когда, как ожидалось, сформировалось большинство звезд во Вселенной. Это критическое космологическое слепое пятно было устранено командой, в том числе британским ученым, с помощью Северного телескопа Фредерика Джилетта Джемини, показывающего, что многие галактики в молодой Вселенной ведут себя не так, как ожидалось, около 8-11 миллиардов лет назад.
Сюрприз: эти галактики кажутся более сформированными и зрелыми, чем ожидалось на этой ранней стадии эволюции Вселенной. Это похоже на то, как учитель, идущий в класс, ожидает приветствовать комнату, полную непослушных подростков, и находит ухоженных молодых людей.
«Теория говорит нам, что в эту эпоху должны доминировать маленькие галактики, разбивающиеся вместе», - сказал доктор Роберто Абрахам (Университет Торонто), который является одним из главных исследователей группы, проводящей наблюдения в Близнецах. «Мы видим, что значительная часть звезд во Вселенной уже существует, когда Вселенная была совсем молодой, что не должно быть. Этот взгляд назад во времени ясно показывает, что нам нужно переосмыслить то, что произошло в эту раннюю эпоху в эволюции галактики. Теоретикам определенно будет что грызть! »
Результаты были объявлены сегодня на 203-м заседании Американского астрономического общества в Атланте, штат Джорджия. Вскоре данные будут переданы всему астрономическому сообществу для дальнейшего анализа, и четыре статьи близки к завершению для публикации в Астрофизическом журнале и Астрономическом журнале.
Доктор Изобель Хук, руководитель британской группы поддержки Близнецов, базирующейся в Оксфордском университете, является членом многонациональной команды Gemini Deep Deep Survey (GDDS), которая проводила расследование. Она объясняет, как работает техника. Команда использовала специальную технику для захвата самого слабого галактического света, когда-либо рассеянного в радугу цветов, называемую спектром. В целом, были собраны спектры из более чем 300 галактик, большинство из которых находятся в так называемой «пустыне красных смещений», относительно неисследованном периоде Вселенной, который видят телескопы в эпоху, когда Вселенной было всего 3-6 миллиардов лет. старый.
Она добавляет: «Эти спектры представляют собой наиболее полный образец из когда-либо полученных галактик в пустыне Красных смещений». Получая большие объемы данных из четырех широко разнесенных полей, этот обзор предоставляет статистическую основу для того, чтобы сделать выводы, которые были заподозрены в результате предыдущих наблюдений, проведенных космическим телескопом Хаббла, обсерваторией Кека, телескопом Subaru и очень большим телескопом за последнее десятилетие.
Изучение слабых галактик в эту эпоху, когда Вселенная составляла всего 20-40% от ее нынешнего возраста, представляет собой серьезную проблему для астрономов, даже при использовании собирающей свет способности очень большого телескопа, такого как Gemini North, с его 8-метровым зеркалом. Все предыдущие исследования галактик в этой области были сосредоточены на галактиках, где происходит интенсивное звездообразование, что облегчает получение спектров, но дает смещенный образец. GDDS был в состоянии выбрать более репрезентативную выборку, включая те галактики, которые содержат наиболее нормальные, тусклые и более массивные галактики, которые требуют специальных методов для получения спектра из их тусклого света.
«Данные Близнецов - это самый полный обзор, когда-либо сделанный, охватывающий большую часть галактик, которые представляют условия в ранней Вселенной. Это массивные галактики, которые на самом деле труднее изучать из-за недостатка энергетического света от звездообразования. Эти высокоразвитые галактики, чья звездообразная молодость на самом деле давно исчезла, просто не должны быть там, но есть », - сказал один из главных исследователей доктор Карл Глазебрук (Университет Джона Хопкинса).
Астрономам, пытающимся понять эту проблему, возможно, придется положить все на стол. «Неясно, нужно ли нам изменять существующие модели или разрабатывать новую, чтобы понять этот вывод», - сказал третий со-главный исследователь исследования, доктор Патрик МакКарти (обсерватории Института Карнеги). «Из спектров Близнецов совершенно очевидно, что это действительно очень зрелые галактики, и мы не видим последствий затенения пылью. Очевидно, что в ранних жизнях галактик есть некоторые важные аспекты, которые мы просто не понимаем. Возможно даже, что черные дыры были гораздо более вездесущими, чем мы думали в ранней Вселенной, и сыграли большую роль в посеве раннего образования галактик ».
То, что, возможно, является доминирующей теорией эволюции галактик, постулирует, что на населении галактик на этой ранней стадии должны доминировать эволюционные строительные блоки. Точно названная Иерархической Моделью, она предсказывает, что нормальных для больших галактик, подобных тем, которые изучались в этой работе, еще не существует, и вместо этого они будут формироваться из местных ульев, где росли большие галактики. ОСРД показывает, что это может быть не так.
Спектры этого обзора также использовались для определения загрязнения межзвездного газа тяжелыми элементами (называемыми «металлами»), производимыми звездами. Это ключевой индикатор истории звездной эволюции в галактиках. Сандра Савальо (Университет Джона Хопкинса), которая изучала этот аспект исследования, сказала: «На нашу интерпретацию Вселенной сильно влияет то, как мы ее наблюдаем. Поскольку GDDS наблюдал очень слабые галактики, мы могли обнаружить межзвездный газ, даже если он частично скрыт присутствием пыли. Изучая химический состав межзвездного газа, мы обнаружили, что галактики в нашем обзоре содержат больше металлов, чем ожидалось ».
Астроном Caltech, доктор Ричард Эллис, прокомментировал: «Глубокое глубокое исследование Близнецов представляет собой очень важное достижение, как в техническом, так и в научном отношении. Обзор предоставил новую и ценную перепись галактик в течение ключевого периода в космической истории, который до сих пор было трудно изучать, особенно для спокойного компонента населения галактики ».
Наблюдения в пустыне Красных смещений расстроили современных астрономов за последнее десятилетие. В то время как астрономы знали, что в пустыне Красных смещений должно существовать множество галактик, это всего лишь «пустыня», потому что мы не могли получить хорошие спектры от многих из них. Проблема заключается в том, что ключевые спектроскопические особенности, используемые для изучения этих галактик, были смещены в красную область вследствие расширения Вселенной в часть оптического спектра, которая соответствует слабому, естественному, затемняющему свечению в ночной атмосфере Земли.
Чтобы преодолеть эту проблему, на телескопе Gemini использовалась сложная техника, называемая «Nod and Shuffle». «Техника Nod and Shuffle позволяет нам снять слабое естественное свечение ночного неба, чтобы выявить незначительные спектры галактик под ним. Эти галактики более чем в 300 раз слабее этого небесного сияния », - объясняет доктор Кэти Рот, астроном из Близнецов, который также был частью команды и получил большую часть данных. «Это оказалось чрезвычайно эффективным способом радикального снижения« шума »или уровней загрязнения, которые обнаруживаются в сигнале от электронного детектора света».
Каждое наблюдение длилось около 30 часов и дало почти 100 спектров одновременно. Весь проект потребовал более 120 часов работы телескопа. «Это очень ценное время в небе, но если учесть, что это позволило нам помочь заполнить критический пробел в 20% в нашем понимании Вселенной, это было хорошо проведенное время», - добавляет доктор Глазебрук, который разработал использование Nod и Shuffle с Joss Hawthorn для слабых наблюдений в галактике, когда он был в англо-австралийской обсерватории несколько лет назад.
Предыдущие исследования в пустыне Красных смещений были сосредоточены на галактиках, которые не обязательно представляли основные системы. Для этого исследования галактики были тщательно отобраны на основе данных инфракрасного обзора Las Campanas, чтобы гарантировать, что сильные ультрафиолетовые галактики, излучающие звезды, не были подвергнуты избыточной выборке. «Это исследование уникально тем, что мы смогли изучить красный конец спектра, и это говорит нам о возрасте старых звезд», - говорит доктор Абрахам. «Мы провели невероятно длинные экспозиции с Geminiabout в десять раз дольше, чем типичные экспозиции. Это позволит нам взглянуть на гораздо более слабые галактики, чем обычно, и сосредоточиться на большей части звезд, а не только на ярких молодых. Это позволяет нам намного легче понять, как развиваются галактики. Мы больше не догадываемся об этом, изучая молодые объекты и предполагая, что старые объекты не вносили большой вклад в историю эволюции галактики. Оказывается, там много старых галактик, но их действительно трудно найти ».
Источник: пресс-релиз PPARC
