I decennier har astronomer försökt se så långt de kan in i det djupa universum. Genom att observera kosmos som det var kort efter Big Bang hoppas astrofysiker och kosmologer att lära sig allt de kan om universums tidiga bildning och dess efterföljande utveckling. Tack vare instrument som Hubble rymdteleskophar astronomer kunnat se delar av universum som tidigare var otillgängliga.
Men till och med den värdefulla Hubble kan inte se allt som ägde rum under det tidiga universum. Men med hjälp av den kombinerade kraften från några av de nyaste astronomiska observatorierna från hela världen, observerade ett team av internationella astronomer under ledning av Tokyo Universitys Institute of Astronomy 39 tidigare oupptäckta gamla galaxer, ett fynd som kan ha stora konsekvenser för astronomi och kosmologi.
I teamet bakom upptäckten ingick medlemmar från Tokyo Universitys Institute of Astronomy, French National Center for Scientific Research (CNRS), Anhui Normal University i Kina, University of Ludwig-Maximilians i München, National Astronomical Observatories of China och Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) i Taiwan. Deras forskning dök upp i 7: e utgåvan av Natur.
Spotting the "Invisible"
För att uttrycka det enkelt, de tidigaste möjliga galaxerna i universum har förblivit osynliga tills nu eftersom deras ljus är mycket svagt och förekommer vid långa våglängder som inte kan upptäckas av Hubble. Laget
Upptäckten som resulterade var inte bara enastående utan upptäckten av dessa många galaxer av denna typ trotsar nuvarande kosmologiska modeller. Som Tao Wang, en forskare från AISAA och en medförfattare till studien, förklarade:
”Detta är första gången som en så stor befolkning av massiva galaxer bekräftades under de första 2 miljarder åren i universumets 13,7 miljarder år. Dessa var tidigare osynliga för oss. Detta fynd strider mot de nuvarande modellerna för den perioden av kosmisk utveckling och kommer att hjälpa till att lägga till några detaljer, som hittills saknats. ”
Dessa galaxer, även om de var de största som fanns på den tiden, var fortfarande mycket svåra att upptäcka. Mycket av anledningen har att göra med i vilken utsträckning deras ljus har sträckts av universums expansion. I vardags astronomi,
Detta gör att astronomer inte bara kan berätta hur långt ett objekt är, utan hur det objektet såg ut tidigare. Men när man tittar på universumets tidigaste epok (för över 13 miljarder år sedan) sträcker det enorma avståndet våglängden för synligt ljus till den punkt där det inte längre ligger inom synligt ljus och blir infraröd.
En annan anledning till att dessa galaxer är svåra att upptäcka är att större galaxer tenderar att höljas i damm, särskilt när de fortfarande befinner sig i de tidiga delarna av sin bildning. Detta tenderar att dölja dem mer än deras mindre galaktiska motsvarigheter. Av dessa skäl fanns det viss misstanke om att dessa galaxer inte var så gamla som teamet föreslog. Som Wang antydde:
”Det var svårt att övertyga våra kamrater om att dessa galaxer var lika gamla som vi misstänkte att de var. Våra första misstankar om deras existens kom från Spitzer Space Telescope's infraröda data. Men ALMA har skarpa ögon och avslöjade detaljer vid submillimetervåglängder, den bästa våglängden att kika igenom damm som finns i det tidiga universum. Trots det krävdes ytterligare data från det fantasifullt namngivna Very Large Telescope i Chile för att verkligen bevisa att vi såg gamla massiva galaxer där ingen hade sett förut. ”
Vad betyder detta för astronomi?
Eftersom upptäckten av dessa galaxer trotsar våra nuvarande kosmologiska modeller har teamets resultat naturligtvis några betydande konsekvenser för astronomer. Som Kotaro Kohno, en professor vid Institutet för astronomi och en medförfattare på studien, förklarade:
”Ju mer massiv en galax, desto mer massiv det supermassiva svarta hålet i sitt hjärta. Så studien av dessa galaxer och deras utveckling kommer att berätta mer om utvecklingen av supermassiva svarta hål, ”tilllade Kohno. ”Massiva galaxer är också intimt kopplade till fördelningen av osynlig mörk materia. Detta spelar en roll i utformningen av galaxernas struktur och distribution. Teoretiska forskare kommer att behöva uppdatera sina teorier nu. ”
Ett annat intressant fynd var sätten på vilka dessa 39 gamla galaxer skiljer sig från våra egna. Till att börja med hade dessa galaxer en högre täthet av stjärnor än Vintergatan gör idag; vilket betyder att om vår galax var likadant, skulle stargazers se något mycket annorlunda när de tittade upp på natthimlen.
”För det första verkade natthimlen vara mycket mer majestätisk. Den större stjärnorna av stjärnor innebär att det skulle finnas många fler stjärnor i närheten av att verka större och ljusare, ”sade Wang. "Omvänt innebär den stora mängden damm att längre bort stjärnor skulle vara mycket mindre synliga, så bakgrunden till dessa ljusa nära stjärnor kan vara ett stort mörkt tomrum."
Eftersom det här är första gången en galaktisk population av denna typ upptäcks ser astronomer fram emot vad de annars kan hitta. Som det står, är inte ens ALMA tillräckligt sofistikerad för att undersöka de kemiska kompositionerna och stjärnpopulationerna i dessa galaxer. Men nästa generations observatorier kommer att ha upplösningen för astrnomerer att utföra dessa studier.
Dessa inkluderar rymdteleskopet James Webb, som för närvarande planeras för lansering 2021. Jordbaserade observatorier som ESO: s Extremely Large Telescope (ELT), Thirty Meter Telescope (TMT) och Giant Magellan Telescope (GMT) kommer också sannolikt att spela en viktig roll.
Det är en spännande tid för astronomer och kosmologer. Någonsin så långsamt skalar de tillbaka ett annat lager av universum för att se vilka hemligheter som lurer under!
