Tähtitieteilijät paljastavat kymmeniä aiemmin tuntemattomia muinaisia ja massiivisia galakseja
Tähtitieteilijät ovat vuosikymmenten ajan yrittäneet nähdä niin pitkälle kuin pystyvät syvälle universumiin. Tarkkailemalla kosmosta sellaisena kuin se oli pian alkuräjähdyksen jälkeen, astrofyysikot ja kosmologit toivovat saavansa tietää kaiken voitavansa maailmankaikkeuden varhaisesta muodostumisesta ja sen myöhemmästä evoluutiosta. Kiitos instrumenteille, kuten Hubble-avaruusteleskooppi , tähtitieteilijät ovat pystyneet näkemään maailmankaikkeuden osia, joihin ei aiemmin ollut pääsyä.
Mutta edes kunnioitettava Hubble ei pysty näkemään kaikkea sitä, mitä tapahtui varhaisen universumin aikana. Tokion yliopiston johtama kansainvälisten tähtitieteilijöiden ryhmä hyödyntää kuitenkin joidenkin uusimpien tähtitieteellisten observatorioiden yhdistettyä voimaa eri puolilta maailmaa. Tähtitieteellinen instituutti havaittu 39 aiemmin tuntemattomia muinaisia galakseja , löytö, jolla voi olla merkittäviä vaikutuksia tähtitiedettä ja kosmologiaa.
Löydön takana olevaan tiimiin kuului jäseniä Tokion yliopiston tähtitieteen instituutista, Ranskan kansallisesta tieteellisestä tutkimuskeskuksesta (CNRS), Anhuin normaalista yliopistosta Kiinasta, Ludwig-Maximiliansin yliopistosta Münchenistä, Kiinan kansallisista tähtitieteellisistä observatorioista ja Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) Taiwanissa. Heidän tutkimuksensa ilmestyi 7. elokuuta Luonto .
Taiteilijan mielikuva ALMA:n havaitsemista galakseista sellaisina kuin ne esiintyvät hyvin varhaisessa, hyvin kaukaisessa universumissa. Luotto: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello
'Näkymättömän' havaitseminen
Yksinkertaisesti sanottuna maailmankaikkeuden varhaisimmat mahdolliset galaksit ovat pysyneet näkymättöminä tähän asti, koska niiden valo on hyvin heikkoa ja esiintyy pitkillä aallonpituuksilla, joita Hubble ei pysty havaitsemaan. Siksi joukkue kääntyi Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), jonka kaukoputket on optimoitu katsomaan tällaista valoa.
Tuloksena oleva löytö ei ollut pelkästään ennennäkemätön, vaan tämän tyyppisten galaksien löytö uhmaa nykyiset kosmologiset mallit. Kuten Tao Wang, AISA:n tutkija ja tutkimuksen toinen kirjoittaja, selitti :
'Tämä on ensimmäinen kerta, kun näin suuri massiivinen galaksikanta vahvistettiin maailmankaikkeuden 13,7 miljardin vuoden elinkaaren ensimmäisten 2 miljardin vuoden aikana. Nämä olivat aiemmin meille näkymättömiä. Tämä löytö on ristiriidassa nykyisten mallien kanssa tuolle kosmisen evoluution ajanjaksolle ja auttaa lisäämään joitain yksityiskohtia, jotka ovat tähän asti puuttuneet.'
Vaikka galaksit olivat tuolloin suurimmat olemassa olevat galaksit, niitä oli silti erittäin vaikea havaita. Suurin osa syistä liittyy siihen, kuinka paljon niiden valoa on venytetty universumin laajenemisen vuoksi. Arkipäivän tähtitieteessä tämä ilmiö tunnetaan punasiirtymänä, jossa avaruuden laajeneminen (Hubble-vakio) saa valon aallonpituuden pidentymään, jolloin se siirtyy kohti spektrin punaista päätä.
Tämän ansiosta tähtitieteilijät voivat paitsi kertoa kuinka kaukana kohde on, myös miltä kohde näytti menneisyydessä. Mutta kun katsotaan maailmankaikkeuden varhaisimpaan aikakauteen (yli 13 miljardia vuotta sitten), valtava etäisyys venyttää näkyvän valon aallonpituuden pisteeseen, jossa se ei enää ole näkyvän valon alueella ja muuttuu infrapunaiseksi.
NASAn Spitzer-avaruusteleskooppi vangitsi tämän upean infrapunakuvan Linnunradan galaksin keskustasta, jossa musta aukko Jousimies A sijaitsee. Kiitos: NASA/JPL-Caltech
Toinen syy, miksi näitä galakseja on vaikea havaita, on se, että suuremmat galaksit ovat yleensä pölyn peitossa, varsinkin kun ne ovat vielä muodostumisensa alkuvaiheessa. Tämä hämärtää heitä enemmän kuin heidän pienemmät galaktiset kollegansa. Näistä syistä epäiltiin, että nämä galaksit eivät olleet niin vanhoja kuin ryhmä ehdotti. Kuten Wang ilmoitettu :
”Oli vaikeaa vakuuttaa vertaisemme, että nämä galaksit olivat niin vanhoja kuin epäilimme niiden olevan. Alkuperäiset epäilyksemme heidän olemassaolostaan perustuivat Spitzer-avaruusteleskoopin infrapunatiedoista. Mutta ALMAlla on terävät silmät ja paljastuvat yksityiskohdat alimillimetrin aallonpituuksilla, mikä on paras aallonpituus varhaisen universumin pölyn läpi katsomiseen. Siitä huolimatta Chilen mielikuvituksellisesti nimetystä Very Large Telescopesta tarvittiin lisää tietoja todistaakseen todella, että näemme muinaisia massiivisia galakseja, joissa niitä ei ollut ennen nähty.'
Mitä tämä tarkoittaa tähtitieteen kannalta?
Koska näiden galaksien löytö uhmaa nykyiset kosmologiset mallimme, ryhmän löydöillä on luonnollisesti merkittäviä seurauksia tähtitieteilijöille. Kuten Kotaro Kohno, Astronomy Instituten professori ja tutkimuksen toinen kirjoittaja, selitti :
'Mitä massiivisempi galaksi, sitä massiivisempi on sen sydämessä oleva supermassiivinen musta aukko. Joten näiden galaksien ja niiden evoluution tutkiminen kertoo meille enemmän myös supermassiivisten mustien aukkojen kehityksestä', Kohno lisäsi. ”Massiiviset galaksit ovat myös kiinteästi yhteydessä näkymättömän pimeän aineen jakautumiseen. Tämä vaikuttaa galaksien rakenteen ja jakautumisen muotoutumiseen. Teoreettisten tutkijoiden on päivitettävä teoriansa nyt.'
Tutkimuksen muinaiset galaksit näkyvät ALMAlle (oikealla), mutta eivät Hubblelle (vasemmalla). Luotto: Wang (et al.) 2019
Toinen mielenkiintoinen löytö oli tavat, joilla nämä 39 muinaista galaksia eroavat omistamme. Ensinnäkin näissä galakseissa oli suurempi tähtitiheys kuin Linnunradalla nykyään; mikä tarkoittaa, että jos galaksimme olisi samanlainen, tähtitutkijat näkisivät jotain hyvin erilaista, kun he katsoivat ylös yötaivaalle.
'Yksikin asia, yötaivas näyttäisi paljon majesteettisemmalta. Suurempi tähtien tiheys tarkoittaa, että lähellä olisi paljon enemmän tähtiä, jotka näyttävät suuremmilta ja kirkkaammilta, Wang sanoi. 'Mutta päinvastoin, suuri määrä pölyä tarkoittaa, että kauempana olevat tähdet olisivat paljon vähemmän näkyvissä, joten näiden kirkkaiden lähitähtien tausta voi olla valtava tumma tyhjyys.'
Koska tämä on ensimmäinen kerta, kun tällainen galaktinen populaatio on löydetty, tähtitieteilijät odottavat innolla, mitä muuta he voisivat löytää. Nykyisellään edes ALMA ei ole tarpeeksi kehittynyt tutkimaan näiden galaksien kemiallisia koostumuksia ja tähtipopulaatioita. Kuitenkin seuraavan sukupolven observatorioilla on astronomien päätösvalta suorittaa nämä tutkimukset.
Näitä ovat James Webb -avaruusteleskooppi, jonka on tällä hetkellä suunniteltu laukaistavaksi vuonna 2021. Maassa sijaitsevat observatoriot, kuten ESO:n Extremely Large Telescope (ELT), Kolmenkymmenen metrin teleskooppi (TMT) ja Jättiläinen Magellan-teleskooppi (GMT) on myös todennäköisesti tärkeä rooli.
Tämä on jännittävää aikaa tähtitieteilijöille ja kosmologeille. Aina niin hitaasti, he kuorivat takaisin toisen kerroksen universumista nähdäkseen, mitä salaisuuksia alla piilee!
Lisälukemista: Tokion yliopisto