En ny vy från Hubble Space Telescope visar några av de första ljusa galaxerna som dyker upp i universum, som förekom för cirka 13 miljarder år sedan, eller 900 miljoner år efter Big Bang. Galaxer som dessa var inte synliga 700 miljoner år efter Big Bang, så mindre galaxer måste ha gått samman ganska snabbt för att de ska bli stora och ljusa. Upptäckterna gjordes i Hubble Ultra Deep Field och Great Observatory Origins Deep Survey Fields.
En systematisk sökning efter de första ljusa galaxerna som bildades i det tidiga universum har avslöjat ett dramatiskt hopp i antalet sådana galaxer för cirka 13 miljarder år sedan. Dessa observationer av de tidigaste stadierna i galaxernas utveckling ger nya bevis för den hierarkiska teorin om galaxbildning - idén att stora galaxer byggdes upp över tiden när mindre galax kolliderade och slogs samman.
Astronomerna Rychard Bouwens och Garth Illingworth vid University of California, Santa Cruz, använde Hubble Space Telescope för att utforska bildandet av galaxer under de första 900 miljoner åren efter Big Bang. De rapporterade sina senaste fynd i 14 september-numret av tidskriften Nature.
Djupa observationer i tre mörka lappar av himlen - Hubble Ultra Deep Field och Great Observatories Origins Deep Survey Field - samlade det svaga ljuset som släpptes ut för 13 miljarder år sedan av stjärnor i ursköna galaxer. Endast de ljusaste galaxerna kunde detekteras på så stora avstånd.
”Det här är de djupaste infraröda och optiska data som någonsin tagits. Vi tittar på ett mycket tidigt skede i galaxuppbyggnaden, säger Illingworth, professor i astronomi och astrofysik vid UCSC.
Forskarna observerade hundratals ljusa galaxer cirka 900 miljoner år efter Big Bang. Men när de såg djupare, cirka 200 miljoner år tidigare, hittade de bara en. Avslappning av deras sökkriterier visade sig lite fler kandidater, men tydligt en hel del förändringar ägde rum under dessa 200 miljoner år, sade Illingworth.
”De större, mer lysande galaxerna fanns bara inte på plats 700 miljoner år efter Big Bang. Men 200 miljoner år senare fanns det många fler av dem, så det måste ha varit mycket sammanslagning av mindre galaxer under den tiden, ”sade han.
Astronomer kan bestämma när ljuset släpptes från en avlägsen källa genom dess rödförskjutning, ett mått på hur universums expansion har sträckt ljusets våglängder när det färdades genom rymden över stora avstånd. Bouwens, en postdoktor vid UCSC och första författare till Nature-dokumentet, utvecklade programvara för att systematiskt siktas genom Hubble-datan på jakt efter galaxer med hög rödväxling.
Uppgifterna kom från två kraftfulla instrument på Hubble, Advanced Camera for Surveys (ACS) och Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrograph (NICMOS). Forskarna jämförde antalet galaxer som upptäcktes vid en röd förskjutning på 7 till 8 (700 miljoner år efter Big Bang) med vad de kan ha förväntat sig att finna om galaxpopulationen då var som den befolkning som de hade observerat vid rödskift 6 (200 miljoner år senare). Beroende på strikthet i deras urvalskriterier hittade de en galax där de skulle ha förväntat sig 10, eller fyra där de skulle ha förväntat sig 17.
"Vår metod ger ett mycket kvantitativt sätt att mäta uppbyggnaden av strukturen i universum, så att vi kan se hur snabbt det förändrades med tiden när mindre galaxer slogs samman för att bilda större," sa Bouwens.
Galaxerna som observerats i denna undersökning är mycket mindre än vår egen Vintergatan och andra jätte- galaxer som idag ses i det närliggande universum. Dessa tidiga galaxer brändes också av stjärnbildningen och avgivde blått ljus som skiftades till rött ljus under sin 13-miljarder år långa resa till Hubbles känsliga detektorer.
”Det är ganska fantastiskt att vi kan se tillbaka över 13 miljarder år. Vi tittar på galaxer som redan har utvecklats från mindre föregångare, men det är bara några hundra miljoner år efter bildandet av de första stjärnorna, ”sade Illingworth.
Om Vintergatan är en galaktisk äldre medborgare, är dessa galax småbarn eller förskolebarn. För närvarande kan forskare inte upptäcka de ännu mindre spädbarnsgalaxerna som måste ha gått samman för att bilda dessa första ljusa galaxer.
Men frön från de första galaxerna kan ses i den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen, mätt senast och noggrant av Wilkinson Mikrovågsanisotropi-sonden (WMAP), som visar små svängningar i densitet i ett anmärkningsvärt homogent universum cirka 400 000 år efter den stora Smäll.
”Mycket tidigt i universums utveckling var allt väldigt smidigt. Men med tiden blev universum mer och mer klumpiga när gravitationen drog mer materia in i de tätare områdena, ”sa Bouwens. "Våra observationer av tidiga galaxer tillåter oss att mäta hur snabbt universum utvecklades från mindre till större klumpar."
Detektering av de allra första galaxerna som kommer att bildas kommer att vara möjlig med efterträdaren till Hubble, James Webb Space Telescope, som för närvarande planeras för lansering 2013, sade Illingworth. Ytterligare information om sökningen efter de första galaxerna finns på webben på http://firstgalaxies.ucolick.org/.
Originalkälla: UCSC News Release
