13 avlägsna galaxer finns i ett prov av himlen. Bildkredit: ESO. Klicka för att förstora.
Det är ett av de huvudsakliga målen för den observativa kosmologin att spåra hur galaxer bildades och utvecklades och att jämföra det med förutsägelser från teoretiska modeller. Det är därför viktigt att veta så exakt som möjligt hur många galaxer som fanns i universum vid olika epoker.
Detta är lättare att säga än att göra. Om det är relativt enkelt att räkna galaxer från djupa astronomiska bilder, är det mycket svårare att mäta deras avstånd - därmed epoken i universums historia där vi ser det [1]. Detta kräver att man tar ett spektrum av galaxen och mäter dess rödförskjutning [2].
Men för de svagaste galaxerna - som troligen är de längsta och därmed de äldsta - kräver detta mycket observatörstid på den största av teleskopen. Fram till nu måste astronomer därför först noggrant välja kandidatgalaxier med hög rödväxling för att minimera tiden för att mäta avståndet. Men det verkar som om astronomer var för försiktiga med att göra det och därför hade en felaktig bild av befolkningen av galaxer.
Det skulle vara bättre att "helt enkelt" i en given himmellapp observera alla galaxer som är ljusare än en given gräns. Men att titta på ett objekt i taget skulle göra en sådan studie omöjlig.
För att ta sig an utmaningen använde ett team av franska och italienska astronomer [3] det största möjliga teleskopet med ett mycket specialiserat, mycket känsligt instrument som kan observera ett mycket stort antal (svaga) föremål i det avlägsna universum samtidigt.
Astronomerna använde sig av VIsible Multi-Object Spectrograph (VIMOS) på Melipal, ett av 8,2 m-teleskop från ESO: s Very Large Telescope Array. VIMOS kan observera spektra för cirka 1 000 galaxer i en exponering, från vilken rödförskjutningar, därmed avstånd, kan mätas. Möjligheten att observera två galaxer samtidigt skulle motsvara användning av två VLT-enhetsteleskop samtidigt. VIMOS multiplicerar således effektivt VLT: s effektivitet hundratals gånger.
Detta gör det möjligt att fullfölja några timmar observationer som skulle ha tagit månader bara för några år sedan. Med kapaciteter som är upp till tio gånger mer produktiva än konkurrerande instrument erbjuder VIMOS för första gången möjlighet att göra en opartisk folkräkning av det avlägsna universum.
Med hjälp av VIMOS-instrumentets höga effektivitet inledde teamet av astronomer i VIMOS VLT Deep Survey (VVDS) vars mål är att i en utvald himmeluppsättning mäta rödskiftet för alla galaxer ljusare än 24 i rött, det vill säga , galaxer som är upp till 16 miljoner svagare än vad det blotta ögat kan se.
I ett totalt urval av cirka 8 000 galaxer som endast valts ut på grundval av deras observerade ljusstyrka i rött ljus, upptäcktes nästan 1 000 ljusa och kraftigt stjärnbildande galaxer vid en epok 1 500 till 4 500 miljoner år efter Big Bang (rödskift mellan 1,4 och 5) .
”Till vår överraskning”, säger Olivier Le F? Vre, från Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (Frankrike) och medledare för VVDS-projektet, ”detta är två till sex gånger högre än vad som tidigare konstaterats. Dessa galaxer hade missats eftersom tidigare undersökningar hade valt objekt på ett mycket mer restriktivt sätt än vi gjorde. Och de gjorde det för att tillgodose den mycket lägre effektiviteten i den tidigare generationen instrument. ”
Medan observationer och modeller konsekvent har indikerat att universum ännu inte hade bildat många stjärnor under de första miljarder åren av kosmisk tid kräver forskarnas upptäckt en betydande förändring av denna bild.
Genom att kombinera spektra för alla galaxer i ett givet rödförskjutningsområde (dvs. tillhöra samma epok), kunde astronomerna uppskatta mängden stjärna som bildas i dessa galaxer. De upptäcker att galaxerna i det unga universum förvandlas till stjärnor mellan 10 och 100 gånger massan av vår sol på ett år.
”Denna upptäckt innebär att galaxer bildade många fler stjärnor tidigt i universums liv än vad man tidigare hade trott”, förklarar Gianpaolo Vettolani, den andra medledaren för VVDS-projektet och arbetade vid INAF-IRA i Bologna (Italien). "Dessa observationer kommer att kräva en djup omprövning av våra teorier om galaxernas bildning och utveckling i ett universum i förändring."
Det återstår nu för astronomer att förklara hur man kan skapa en så stor befolkning av galaxer och producera fler stjärnor än tidigare antagits, vid en tidpunkt då universum var cirka 10-20% av sin nuvarande ålder.
Ursprungskälla: ESO News Release
