Bildkredit: Hubble
Ett internationellt team av astronomer har samlat bevis för att galaxer bildades mycket snabbt efter Big Bang. Det betyder att de bara är 1,5 miljarder år gamla, en tid då universum bara var 10% av sin nuvarande ålder. Man tror att dessa kluster bildades så snabbt eftersom dessa områden var oerhört täta med material.
När vi tittar tillbaka i tiden nästan 9 miljarder år hittade ett internationellt team av astronomer mogna galaxer i ett ungt universum. Galaxerna är medlemmar i ett kluster av galaxer som fanns när universum bara var 5 miljarder år gammal, eller cirka 35 procent av dess nuvarande ålder. Detta övertygande bevis på att galaxer måste ha börjat bildas strax efter att big bang förstärktes av observationer gjorda av samma team av astronomer när de tittade ännu längre tillbaka i tiden. Teamet hittade embryonala galaxer bara 1,5 miljarder år efter kosmos födelse, eller 10 procent av universumets nuvarande ålder. "Babygalaxerna" finns i ett fortfarande utvecklande kluster, det mest avlägsna protokluster som någonsin hittats.
Advanced Camera for Surveys (ACS) ombord på NASA: s Hubble Space Telescope användes för att göra observationer av det massiva klustret, RDCS 1252.9-2927, och protoklustret, TN J1338-1942. Observationer av NASA: s Chandra röntgenobservatorium gav massan och det tunga elementinnehållet i RDCS 1252, det mest massiva kända klustret för den epoken. Dessa observationer är del av en samordnad insats av ACS vetenskapsteam för att spåra bildandet och utvecklingen av galaxkluster under ett brett spektrum av kosmisk tid. ACS byggdes speciellt för studier av sådana avlägsna objekt.
Dessa fynd stöder vidare observationer och teorier om att galaxer bildades relativt tidigt i kosmos historia. Förekomsten av sådana massiva kluster i det tidiga universum överensstämmer med en kosmologisk modell där kluster bildas från sammanslagningen av många underkluster i ett universum som domineras av kall mörk materia. Den exakta naturen av kall mörk materia är emellertid fortfarande inte känd.
Den första Hubble-studien uppskattade att galaxer i RDCS 1252 bildade huvuddelen av sina stjärnor för mer än 11 miljarder år sedan (vid rödskift större än 3). Resultaten publicerades i 20 oktober 2003-numret av Astrophysical Journal. Pappers huvudförfattare är John Blakeslee från Johns Hopkins University i Baltimore, Md.
Den andra Hubble-studien avslöjade, för första gången, en protokluster av "spädbarnsgalaxer" som fanns för mer än 12 miljarder år sedan (vid rödskift 4.1). Dessa galaxer är så unga att astronomer fortfarande kan se en storm av stjärnor som bildar sig inom dem. Galaxerna är grupperade runt en stor galax. Resultaten kommer att publiceras i januari 1, 2004-numret av Nature. Pappers huvudförfattare är George Miley från Leiden Observatory i Nederländerna.
”Tills nyligen trodde inte människor att kluster fanns när universum bara var cirka 5 miljarder år gammalt,” förklarade Blakeslee.
”Även om det fanns sådana kluster,” tillade Miley, ”tills nyligen trodde astronomer att det var nästan omöjligt att hitta kluster som fanns för 8 miljarder år sedan. Faktum är att ingen visste riktigt när kluster började. Nu kan vi bevittna det. ”
Båda studierna ledde astronomerna till att dra slutsatsen att dessa system är förfäderna till galaxklyngarna som idag ses. "Klustret RDCS 1252 ser ut som ett nutida kluster", säger Marc Postman från Space Telescope Science Institute i Baltimore, Md., Och medförfattare till båda forskningsartiklarna. "Om du skulle lägga den bredvid en nuvarande kluster, skulle du inte veta vilken är vilken."
En berättelse om två kluster
Hur kan galaxer växa så snabbt efter big bang? "Det handlar om att de rika blir rikare," sa Blakeslee. "Dessa kluster växte snabbt eftersom de är belägna i mycket täta regioner, så det finns tillräckligt med material för att bygga upp medlemsgalaxerna mycket snabbt."
Denna idé förstärks av röntgenobservationer av det massiva klustret RDCS 1252. Chandra och Europeiska rymdorganisationens XMM-Newton gav astronomer de mest exakta mätningarna hittills av egenskaperna hos ett enormt moln med varm gas som genomtränger det massiva klustret. Denna 160 miljoner graders Fahrenheit (70 miljoner grader Celsius) gas är en behållare för de flesta av de tunga elementen i klustret och en korrekt spårning av dess totala massa. Ett papper av Piero Rosati från European Southern Observatory (ESO) och kollegor som presenterar röntgenobservationer av RDCS 1252 kommer att publiceras i januari 2004 i Astronomical Journal.
"Chandras skarpa vision löste formen på den heta gashalogen och visade att RDCS 1252 är väldigt mogen för sin ålder," sade Rosati, som upptäckte klustret med ROSAT-röntgendeleskopet.
RDCS 1252 kan innehålla många tusentals galaxer. De flesta av dessa galaxer är dock för svaga att upptäcka. Men de kraftfulla ”ögonen” från ACS pekade på flera hundra av dem. Observationer med ESO: s Very Large Telescope (VLT) gav en exakt mätning av avståndet till klustret. ACS gjorde det möjligt för forskarna att exakt bestämma former och färger på de 100 galaxerna och ge information om åldrarna för de stjärnor som bor i dem. ACS-teamet uppskattade att de flesta stjärnorna i klustret redan bildades när universum var cirka 2 miljarder år gammalt. Röntgenobservationer visade dessutom att 5 miljarder år efter big bang den omgivande heta gasen hade berikats med tunga element från dessa stjärnor och hade sopats bort från galaxerna.
Om de flesta galaxerna i RDCS 1252 har uppnått mognad och slår sig ner i en lugn vuxen ålder, är de bildande galaxerna i det avlägsna protoklustret i sin energiska, orubbliga ungdom.
Proto-klustret TN J1338 innehåller en massiv embryonal galax omgiven av mindre utvecklande galaxer, som ser ut som prickar i Hubble-bilden.
Den dominerande galaxen producerar spektakulära radioemitterande jetstrålar som drivs av ett supermassivt svart hål djupt i galaxens kärna. Interaktion mellan dessa strålar och gasen kan stimulera en torrent av stjärnfödelse.
Den energiska radiogalaxens upptäckt av radioteleskop fick astronomer att jaga efter de mindre galaxerna som utgör huvuddelen av klustret.
"Massiva kluster är universums städer, och radiogalaxerna i dem är de smokestacks vi kan använda för att hitta dem när de precis börjar bildas," sa Miley.
De två fynden understryker kraften i att kombinera observationer från många olika teleskop som gav utsikt över det avlägsna universum i en rad våglängder. Hubbles avancerade kamera tillhandahöll kritisk information om strukturen för båda avlägsna galaxkluster. Chandras och XMM-Newtons röntgenvision gav de väsentliga mätningarna av den ursprungliga gasen där galaxerna i RDCS 1252 är inbäddade och exakta uppskattningar av den totala massan som finns i det klustret. Stora markbaserade teleskop, liksom VLT, gav exakta mätningar av avståndet mellan båda klusterna och den kemiska sammansättningen av galaxerna i dem.
ACS-teamet gör ytterligare observationer av avlägsna kluster för att stärka vår förståelse för hur dessa unga kluster och deras galaxer utvecklas i form av saker som ses idag. Deras planerade observationer inkluderar användning av nära-infraröda observationer för att analysera stjärnbildningsgraden i några av målgrupperna, inklusive RDCS 1252, för att mäta den kosmiska historien för stjärnbildningen i dessa massiva strukturer. Teamet söker också i regionerna runt flera avlägsna radiogalaxer efter ytterligare exempel på protokluster. Teamets ultimata vetenskapliga mål är att skapa en fullständig bild av klusterutveckling som börjar med bildandet vid de tidigaste epokarna och detaljerade utvecklingen fram till idag.
Originalkälla: Hubble News Release
