Forskare har hittat ett sätt att titta förbi jordens atmosfär - och forntida kosmiskt damm - för att skymta galaxer som bildades under de första 5 miljarder åren av universum.
En ny studie, som släpptes idag i tidskriften Nature, avslöjar de senaste nyheterna från stjärnbildande regioner både nära och långt - inklusive några från universumets kanter, som snabbast springer bort från oss på grund av universums expansion.
Resultaten rensar också upp källorna till den långa infraröda bakgrunden, länge omsluten av mysterium.
Upptäckterna kommer från det ballongburna storöppningssubmillimeterteleskopet (BLAST), som flöt 120 000 fot (36 566 meter) ovanför Antarktis 2006.
BLAST-teamet valde att kartlägga en viss himmelregion som kallas Great Observatories Origins Deep Survey – South (GOODS-South), som studerades vid andra våglängder av NASA: s tre ”stora observatorier” - Hubble, Spitzer och Chandra rymdteleskop . I en episk 11-dagars ballongflygning hittade BLAST mer än tio gånger det totala antalet submillimeter-starburst-galaxer som upptäcktes i ett decennium av markbaserade observationer.
"Vi mätte allt, från tusentals små moln i vår egen galax som genomgick stjärnbildning till galaxer i universum när det bara var en fjärdedel av dess nuvarande ålder," sa huvudförfattaren Mark Devlin från University of Pennsylvania.
Under 1980- och 1990-talet visade sig vissa galaxer som kallas Ultraluminous InfraRed Galaxies vara hundratals gånger fler stjärnor än våra egna lokala galaxer. Dessa "starburst" -galaxier, 7-10 miljarder ljusår bort, ansågs utgöra den långa infraröda bakgrunden som upptäcktes av COBE-satelliten. Sedan den första mätningen av denna bakgrundsstrålning har experiment med högre upplösning försökt att upptäcka de enskilda galaxerna som innefattar den.
BLAST-studien kombinerar mätningar av teleskopundersökningar vid våglängder under 1 millimeter med data med mycket kortare infraröda våglängder från Spitzer Space Telescope. Resultaten bekräftar att all den långa infraröda bakgrunden kommer från enskilda avlägsna galaxer, vilket i huvudsak löser en decennium-gammal fråga om strålningens ursprung.
Stjärnbildning bildas i moln som består av vätgas och en liten mängd damm. Dammet absorberar stjärnljuset från unga, heta stjärnor och värmer molnen till ungefär 30 grader över absolut noll (eller 30 Kelvin). Ljuset släpps ut vid mycket längre infraröd- och submillimetervåglängder.
Så mycket som 50 procent av universumets ljusenergi är infrarött ljus från unga, bildande galaxer. Det finns faktiskt lika mycket energi i den långa infraröda bakgrunden som i det totala optiska ljuset som avges av stjärnor och galaxer i universum. Kända optiska bilder av natthimlen saknas hälften av bilden som beskriver den kosmiska historien om stjärnbildningen, säger författarna.
"BLAST har gett oss en ny bild av universum," sade Barth Netterfield från University of Toronto, den kanadensiska huvudutredaren för BLAST, "vilket gör det möjligt för BLAST-teamet att göra upptäckter i ämnen som sträcker sig från stjärnbildningen till utvecklingen av avlägsna galaxer.”
I en medföljande Nyheter och åsikter verk, författaren Ian Smail, en beräkningskosmolog från Durham University i Storbritannien, skrev att "implikationerna av dessa observationer är att den aktiva tillväxtfasen för de flesta galaxer som ses idag ligger långt bakom dem - de minskar till deras ekvivalent med mitten ålder."
Han påpekade också att studier av dessa extrema stjärnbildande händelser i det tidiga universum kommer att stödjas av tre stora framsteg som kommer att ske under nästa år eller så: submillimeterkamera på ESA / NASA Herschel Space Observatory; utvecklingen av detektorer i storformat som arbetar med våglängder för submillimeter, inklusive en monterad på James Clerk Maxwell Telescope; och den första fasen av Atacama Large Millimeter Array (ALMA).
"Sådana iakttagelser kommer att göra det möjligt för astronomer att studera fördelningen av gas- och stjärnbildningen inom dessa tidiga galaxer," skrev Smail, "vilket i sin tur kommer att hjälpa till att identifiera den fysiska processen som utlöser dessa ultraluminösa skurar av stjärnbildning och deras roll i bildandet av galaxerna vi ser i Space Magazine. ”
LEAD IMAGE CAPTION: BLAST-teleskopet strax före lanseringen i Antarktis. BLAST är i förgrunden, nästa 28 miljoner kubikfot ballong, i bakgrunden är vulkanen Mount Erebus. Kredit: Mark Halpern
Källa: Nature and a University of Pennsylvania pressmeddelande (ännu inte online). Bilder, fotografier, himmelkartor och hela studien finns tillgängliga på BLAST-webbplatsen.
