В своем стремлении узнать, как возникла наша Вселенная, ученые исследовали очень глубоко в космос (и, следовательно, очень далеко назад во времени). В конечном счете, их цель - определить, когда сформировались первые галактики в нашей Вселенной и как они повлияли на космическую эволюцию. Недавние усилия по обнаружению этих самых ранних образований были обнаружены на расстоянии до 13 миллиардов световых лет от Земли, то есть примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва.
Исходя из этого, ученые теперь могут изучать, как ранние галактики влияли на вещество вокруг них - в частности, на реионизацию нейтральных атомов. К сожалению, большинство ранних галактик очень слабые, что затрудняет изучение их интерьеров. Но благодаря недавнему опросу, проведенному международной группой астрономов, была обнаружена более яркая, массивная галактика, которая могла бы дать четкое представление о том, как ранние галактики привели к реионизации.
Исследование, которое детализирует их результаты, под названием «Свойства ISM массивной пыльной звездообразующей галактики, обнаруженной в Z ~ 7 “, был недавно опубликован в Астрофизический Журнал Письма.Под руководством исследователей из Института радиоастрономии им. Макса Планка в Бонне, Германия, команда использовала данные съемки с Южного полюсного телескопа (SPT) -SZ и ALMA, чтобы обнаружить галактику, существовавшую 13 миллиардов лет назад (всего 800 миллионов лет после большой взрыв).
В соответствии с моделью космологии Большого взрыва, реионизация относится к процессу, который произошел после периода, известного как «темные века». Это произошло между 380 000 и 150 миллионами лет после Большого взрыва, когда большая часть фотонов во Вселенной взаимодействовала с электронами и протонами. В результате радиация этого периода не обнаруживается нашими современными инструментами - отсюда и название.
Незадолго до этого периода произошла «рекомбинация», где начали образовываться атомы водорода и гелия. Первоначально ионизированные (без электронов, связанных с их ядрами), эти молекулы постепенно захватывали ионы по мере охлаждения Вселенной, становясь нейтральными. В последующий период, то есть между 150 и 1 миллиардом лет после Большого взрыва, начала формироваться крупномасштабная структура Вселенной.
Это было присуще процессу реионизации, когда формировались первые звезды и квазары, а их излучение реионизировало окружающую Вселенную. Поэтому понятно, почему астрономы хотят исследовать эту эру Вселенной. Наблюдая за первыми звездами и галактиками и за тем, какое влияние они оказали на космос, астрономы получат более четкую картину того, как этот ранний период привел ко Вселенной, какой мы ее знаем сегодня.
К счастью для исследовательской группы, массивные, звездообразующие галактики этого периода, как известно, содержат много пыли. Эти галактики, будучи очень слабыми в оптическом диапазоне, излучают сильное излучение на субмиллиметровых длинах волн, что делает их обнаруживаемыми с помощью современных современных телескопов, в том числе Южного полюсного телескопа (SPT), Atacama Pathfinder Experiment (APEX) и Atacama Large Millimeter Array (ALMA). ).
Ради своего исследования Страндет и Вайс использовали данные SPT для обнаружения серии пыльных галактик из ранней Вселенной. Как Мария Страндет и Аксель Вайс из Института радиоастрономии им. Макса Планка (и ведущий автор и соавторы исследования, соответственно) рассказали Space Magazine по электронной почте:
«Мы использовали свет с длиной волны около 1 мм, который можно наблюдать с помощью телескопов мм, таких как SPT, APEX или ALMA. На этой длине волны фотоны создаются тепловым излучением пыли. Прелесть использования этой длинной волны в том, что для большого диапазона красного смещения (время оглядки назад) уменьшение яркости галактик, вызванное увеличением расстояния, компенсируется красным смещением, поэтому наблюдаемая интенсивность не зависит от красного смещения. Это связано с тем, что для галактик с более высоким красным смещением человек смотрит на существенно более короткие волны (на (1 + z)), где излучение сильнее для теплового спектра, такого как пылевой спектр ».
За этим последовали данные из ALMA, которые команда использовала, чтобы определить расстояние галактик, глядя на красную смещенную длину волны молекул монооксида углерода в их межзвездных средах (ISM). Из всех собранных данных они смогли ограничить свойства одной из этих галактик - SPT0311-58 - наблюдая ее спектральные линии. При этом они определили, что эта галактика существовала всего через 760 миллионов лет после Большого взрыва.
«Поскольку сила сигнала в 1 мм не зависит от красного смещения (время оглядки назад), у нас нет априорной подсказки, находится ли объект относительно близко (в космологическом смысле) или в эпоху реионизации», - сказали они. «Вот почему мы провели большой опрос, чтобы определить красные смещения через излучение молекулярных линий с использованием ALMA. SPT0311-58 оказывается самым высоким объектом красного смещения, обнаруженным в этом обзоре, и фактически самой далекой массивной пыльной звездообразующей галактикой, обнаруженной до сих пор ».
Из своих наблюдений они также определили, что SPT0311-58 имеет массу около 330 миллиардов солнечных масс, что примерно в 66 раз больше, чем галактика Млечный путь (которая имеет около 5 миллиардов солнечных масс). Они также подсчитали, что он формирует новые звезды со скоростью несколько тысяч в год, что может быть в случае соседних галактик, которые датируются этим периодом.
Этот редкий и отдаленный объект является одним из лучших кандидатов для изучения того, как выглядела ранняя Вселенная и как она развивалась с тех пор. Это, в свою очередь, позволит астрономам и космологам проверить теоретические основы теории Большого взрыва. Как Страндет и Вайс рассказали журналу Space об их открытии:
«Эти объекты важны для понимания эволюции галактик в целом, так как большое количество пыли, уже присутствующее в этом источнике, всего через 760 миллионов лет после Большого взрыва, означает, что это чрезвычайно массивный объект. Тот факт, что такие массивные галактики уже существовали, когда Вселенная была еще так молода, сильно ограничивает наше понимание роста массы галактик. Кроме того, пыль должна образоваться за очень короткое время, что дает дополнительную информацию о производстве пыли от первой звездной популяции ».
Способность заглядывать вглубь космоса и назад во времени привела ко многим удивительным открытиям в последнее время. И это, в свою очередь, поставило под сомнение некоторые наши предположения о том, что произошло во Вселенной и когда. И, в конце концов, они помогают ученым создать более подробный и полный отчет о космической эволюции. Когда-нибудь скоро мы сможем даже исследовать самые ранние моменты во Вселенной и наблюдать за творением в действии!
