Hur döljer du något så stort och ljust som en galax? Du kväver det i kosmiskt damm. NASA: s Spitzer-rymdteleskop såg genom sådant damm för att avslöja en dold population av monströst ljusa galaxer ungefär 11 miljarder ljusår bort.
Dessa konstiga galaxer är bland de mest lysande i universum och lyser med motsvarande ljus från 10 biljoner solar. Men de är så långt borta och så dränkta i damm, det tog Spitzers mycket känsliga infraröda ögon för att hitta dem.
"Vi ser galaxer som är väsentligen osynliga," sade Dr. Dan Weedman från Cornell University, Ithaca, N.Y., medförfattare till studien som beskriver upptäckten, publicerad i dagens utgåva av Astrophysical Journal Letters. ”Tidigare infraröda uppdrag antydde närvaron av liknande dammiga galaxer för över 20 år sedan, men dessa galaxer var närmare. Vi var tvungna att vänta på att Spitzer tittade tillräckligt långt in i det avlägsna universum för att hitta dessa. ”
Var kommer allt detta damm ifrån? Svaret är inte riktigt klart. Damm kärnas ut av stjärnor, men det är inte känt hur dammet som avvecklas strö runt galaxerna. Ett annat mysterium är galaxernas exceptionella ljusstyrka. Astronomer spekulerar i att en ny ras av ovanligt dammiga kvasarer, de mest lysande föremålen i universum, kanske lurar inuti. Kvasarer är som gigantiska glödlampor i centrum av galaxer, drivna av enorma svarta hål.
Astronomer skulle också vilja bestämma om dammiga, ljusa galaxer som dessa så småningom utvecklats till svagare, mindre skumma sådana som vår egen mjölkväg. ”Det är möjligt att stjärnor som vår sol växte upp i dammigare, ljusare stadsdelar, men vi vet verkligen inte. Genom att studera dessa galaxer får vi en bättre uppfattning om vår egen galaxs historia, säger Cornells Dr. James Houck, huvudförfattare till studien.
Det Cornell-ledda teamet skannade först en del av natthimlen efter tecken på osynliga galaxer med hjälp av ett instrument på Spitzer kallat multiband-bildfotometern. Teamet jämförde sedan de tusentals galaxer som sågs i denna infraröda data med de djupaste tillgängliga markbaserade optiska bilderna i samma region, erhållna av National Optical Astronomy Observatory Deep Wide-Field Survey. Detta ledde till identifiering av 31 galaxer som endast kan ses av Spitzer. "Det stora området tog oss många månader att undersöka från marken," säger Dr Buell Jannuzi, medprinciputredare för Deep Wide-Field Survey, "så de dammiga galaxerna som Spitzer fann verkligen är nålar i en kosmisk höstack."
Ytterligare observationer med Spitzers infraröda spektrografi avslöjade närvaron av silikatdamm i 17 av dessa 31 galaxer. Silikatdammkorn är planetära byggstenar som sand, bara mindre. Detta är längst tillbaka i tiden som silikatdamm har upptäckts runt en galax. "Att hitta silikatdamm vid denna mycket tidiga epok är viktigt för att förstå när planetariska system som våra egna uppstod i galaxernas utveckling", säger Dr. Thomas Soifer, studiemedförfattare, chef för Spitzer Science Center, Pasadena, Kalifornien, och professor i fysik vid California Institute of Technology, också i Pasadena.
Detta silikatdamm hjälpte också astronomer att avgöra hur långt borta galaxerna är från jorden. "Vi kan bryta isär ljuset från en avlägsen galax med hjälp av en spektrograf, men bara om vi ser en igenkännbar signatur från ett mineral som silikat, kan vi räkna ut avståndet till den galaxen," sa Soifer.
I detta fall daterades galaxerna tillbaka till en tid då universum bara var tre miljarder år gammalt, mindre än en fjärdedel av sin nuvarande ålder på 13,5 miljarder år. Galaxer som liknar dessa i dammighet, men mycket närmare jorden, antyddes först 1983 genom observationer gjorda av den gemensamma NASA-europeiska infraröda astronomiska satelliten. Senare registrerade Europeiska rymdorganisationens infraröda rymdobservatorium svagt jämförbara, närliggande föremål. Det tog Spitzers förbättrade känslighet, 100 gånger större än tidigare uppdrag, för att äntligen söka efter de dammiga galaxerna på stora avstånd.
National Optical Astronomy Observatory Deep Wide-Field Survey använde National Science Foundation: s 4 meter (13 fot) teleskop vid Kitt Peak National Observatory, som ligger sydväst om Tucson, Ariz.
NASA: s Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Kalifornien, hanterar Spitzer Space Telescope-uppdraget för NASA: s Science Mission Directorate, Washington, D.C. Vetenskapliga operationer bedrivs vid Spitzer Science Center. JPL är en division av Caltech. Den infraröda spektrografen byggdes av Ball Aerospace Corporation, Boulder, Colo. Och Cornell; dess utveckling leds av Houck. Multiband-bildfotometern byggdes av Ball Aerospace Corporation, University of Arizona, Tucson, Ariz., Och Boeing North American, Canoga Park, Kalifornien; dess utveckling leddes av Dr. George Rieke från University of Arizona.
Den infraröda astronomiska satelliten var en gemensam insats mellan NASA, Science and Engineering Research Council, Storbritannien och Nederländerna Agency for Aerospace Programs, Nederländerna.
Artistens föreställningar, bilder och ytterligare information om Spitzer Space Telescope finns på http://www.spitzer.caltech.edu.
Ursprungskälla: Spitzer News Release
