Bildkredit: PPARC
Hittills har astronomer inte kunnat hitta mycket information om vad som hände i en tidig fas i universums utveckling när man trodde att stjärnorna bildades. Men ny forskning, utförd av astronomer som använder Gemini-observatoriet i Chile, har avslöjat flera galaxer för 8 till 11 miljarder år sedan som är mer fullständigt bildade än väntat. De trodde att de skulle se protogalaxier krascha i varandra, men i stället hittade de mycket mogna galaxer. Det är möjligt att svarta hål var mycket vanligare i det tidiga universum och tjänade som förankringar för att snabbt bilda galaxer.
Hittills har astronomer varit nästan blinda när de tittade tillbaka i tiden för att kartlägga en era då de flesta stjärnor i universum förväntades ha bildats. Denna kritiska kosmologiska blindfärg har tagits bort av ett team, inklusive en brittisk forskare, med hjälp av Frederick C. Gillett Gemini North Telescope, vilket visar att många galaxer i det unga universum inte uppträder som förväntat för 8-11 miljarder år sedan.
Överraskningen: dessa galaxer verkar vara mer fullständigt formade och mogna än väntat i detta tidiga skede i universumets utveckling. Denna upptäckt liknar en lärare som går in i ett klassrum och förväntar sig att hälsa ett rum fullt av oroande tonåringar och hitta välvårdade unga vuxna.
"Teorin säger att denna epok borde domineras av små galaxer som kraschar tillsammans," sade Dr. Roberto Abraham (University of Toronto) som är en medprincipal utredare för teamet som genomför observationerna på Gemini. ”Vi ser att en stor bråkdel av stjärnorna i universum redan finns på plats när universum var ganska ung, vilket inte borde vara fallet. Detta glimt tillbaka i tiden visar ganska tydligt att vi måste tänka om vad som hände under denna tidiga epok i galaktisk utveckling. Teoretikerna kommer definitivt att ha något att gnaga på! ”
Resultaten tillkännagavs i dag vid det 203: e mötet i American Astronomical Society i Atlanta, Georgia. Uppgifterna kommer snart att släppas till hela astronomiska gemenskapen för vidare analys, och fyra artiklar närmar sig färdig för publicering i The Astrophysical Journal och The Astronomical Journal.
Dr Isobel Hook, ledare för Storbritanniens Gemini Support Group, baserad vid Oxford University, är medlem i det multinationella Gemini Deep Deep Survey-teamet (GDDS) som genomförde utredningen. Hon förklarar hur tekniken fungerar. Teamet använde en speciell teknik för att fånga det svagaste galaktiska ljuset som någonsin dissekerats i regnbågen av färger som kallas ett spektrum. Sammantaget samlades spektra från över 300 galaxer, de flesta ligger inom det som kallas "Redshift Desert", en relativt outforskad period av universumet sett av teleskop som tittade tillbaka till en tid då universum bara var 3-6 miljarder år. gammal.
Hon tillägger, Dessa spektra representerar det mest kompletta provet som någonsin erhållits av galaxer i Redshift Desert. Genom att erhålla stora mängder data från fyra allmänt åtskilda fält ger denna undersökning den statistiska grunden för att dra slutsatser som misstänkts av tidigare observationer gjorda av Hubble rymdteleskop, Keck observatorium, Subaru teleskop och Very Large Telescope under det senaste decenniet.
Att studera de svaga galaxerna vid denna epok när universum bara var 20-40% av sin nuvarande ålder utgör en skrämmande utmaning för astronomer, även när man använder ljusinsamlingskapaciteten för ett mycket stort teleskop som Gemini North med sin 8-metersspegel. Alla tidigare galaxundersökningar inom detta område har fokuserat på galaxer där intensiv stjärnbildning förekommer, vilket gör det lättare att få spektra men ger ett partiskt prov. GDDS kunde välja ett mer representativt prov inklusive de galaxer som håller den mest stjärnnormala, dimmer och mer massiva galaxen som kräver speciella tekniker för att koaxera ett spektrum från deras svaga ljus.
”Gemini-uppgifterna är den mest omfattande undersökning som någonsin gjorts och täcker huvuddelen av galaxerna som representerar förhållandena i det tidiga universum. Dessa är de massiva galaxerna som faktiskt är svårare att studera på grund av deras brist på energiskt ljus från stjärnbildningen. Dessa högutvecklade galaxer, vars stjärnbildande ungdom är faktiskt länge borta, borde bara inte vara där, utan är det, ”säger co-rektor utredare Dr. Karl Glazebrook (Johns Hopkins University).
Astronomer som försöker förstå denna fråga kan behöva lägga allt på bordet. "Det är oklart om vi måste finjustera de befintliga modellerna eller utveckla en ny för att förstå detta konstaterande," sade undersökningens tredje medprincipal utredare, Dr. Patrick McCarthy (observatörer av Carnegie-institutionen). ”Det är helt uppenbart från Gemini-spektra att det verkligen är mycket mogna galaxer, och vi ser inte effekterna av dolda damm. Uppenbarligen finns det några viktiga aspekter om galaxernas tidiga liv som vi bara inte förstår. Det är till och med möjligt att svarta hål kan ha varit mycket mer allestädes närvarande än vi trodde i det tidiga universum och spelat en större roll i att sådd tidigt galaxbildning. "
Det som antagligen är den dominerande galaktiska evolutionsteorin säger att befolkningen av galaxer i detta tidiga skede borde ha dominerats av evolutionära byggstenar. Den heter hierarkiska modellen, och förutsäger att normala till stora galaxer, som de som studerats i detta arbete, ännu inte skulle existera och istället skulle bildas från lokala bikupor av verksamhet där stora galaxer växte. GDDS avslöjar att detta kanske inte är fallet.
Spektra från denna undersökning användes också för att bestämma föroreningar av den interstellära gasen av tunga element (kallas "metaller") producerade av stjärnor. Detta är en viktig indikator på historien om den stellar evolutionen i galaxer. Sandra Savaglio (Johns Hopkins University), som studerade denna aspekt av forskningen sa: ”Vår tolkning av universum påverkas starkt av hur vi observerar den. Eftersom GDDS observerade mycket svaga galaxer, kunde vi upptäcka den interstellära gasen även om den delvis döljs av närvaron av damm. När vi studerade den kemiska sammansättningen av den interstellära gasen upptäckte vi att galaxerna i vår undersökning är mer metallrika än väntat. ”
Caltech astronom, Dr. Richard Ellis kommenterade, ”Gemini Deep Deep Survey representerar en mycket viktig prestation, både tekniskt och vetenskapligt. Undersökningen har gett en ny och värdefull folkräkning av galaxer under en nyckelperiod i kosmisk historia, en som har varit svår att studera fram till nu, särskilt för den lugna delen av galaxpopulationen. "
Att göra observationer i Redshift Desert har frustrerat moderna astronomer under det senaste decenniet. Medan astronomer har visat att det måste finnas många galaxer i Redshift Desert, är det bara en "öken" eftersom vi inte kunde få bra spektra från många av dem. Problemet ligger i det faktum att viktiga spektroskopiska funktioner som användes för att studera dessa galaxer har förskjutits på grund av att Universeinto utvidgats till en del av det optiska spektrumet som motsvarar en svag, naturlig, dolda glöd i jordens nattatmosfär.
För att övervinna detta problem användes en sofistikerad teknik som heter "Nod and Shuffle" på Gemini-teleskopet. ”Nod and Shuffle-tekniken gör det möjligt för oss att skumma bort den svaga naturglimman på natthimlen för att avslöja de tröga spektra av galaxer under den. Dessa galaxer är mer än 300 gånger svagare än denna himmel glöd, ”förklarar Dr. Kathy Roth, en astronom på Gemini som också var en del av teamet och fick mycket av uppgifterna. "Det har visat sig vara ett extremt effektivt sätt att radikalt minska" brus "eller föroreningsnivåer som finns i signalen från en elektronisk ljusdetektor."
Varje observation varade motsvarande cirka 30 timmar och producerade nästan 100 spektra samtidigt. Hela projektet krävde över 120 timmars teleskoptid. "Det här är mycket värdefull tid på himlen, men när du tänker på att det har gjort det möjligt för oss att fylla i en avgörande 20% klyfta i vår förståelse av universum, var det tid som användes väl," tillägger Dr. Glazebrook som utvecklade användningen av Nod och Shuffle med Joss Hawthorn för svaga galaxobservationer under Anglo-Australian Observatory för några år sedan.
Tidigare studier i Redshift Desert har koncentrerat sig på galaxer som inte nödvändigtvis var representativa för mainstream-system. För denna studie valdes galaxer noggrant utifrån data från Las Campanas Infraröd Undersökning för att säkerställa att starka ultraviolett emitterande starburst-galaxer inte översamplades. "Den här studien är unik genom att vi kunde studera spektrumets röda ände, och det berättar om gamla stjärnor," säger Dr. Abraham. ”Vi genomförde otroligt långa exponeringar med Geminiabout tio gånger så länge som typiska exponeringar. Detta låter oss titta på mycket svagare galaxer än vad som vanligt är fallet, och låt oss fokusera på huvuddelen av stjärnorna, istället för bara de pråliga unga. Detta gör det mycket lättare för oss att ta reda på hur galaxerna utvecklas. Vi gissar inte längre det genom att studera unga föremål och antar att de gamla föremålen inte bidrog mycket till berättelsen om galaxutvecklingen. Det visar sig att det finns massor av gamla galaxer där ute, men de är verkligen svåra att hitta. ”
Originalkälla: PPARC-nyhetsmeddelande
