Astronomowie odkrywają ślady najwcześniejszych galaktyk

Trzy panele pokazują różne komponenty tła światła bliskiej podczerwieni, wykrytego przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a w badaniach głębokiego nieba. Ten po lewej stronie jest mozaiką zdjęć wykonanych w okresie 10 lat. W drugim i trzecim panelu pokazano to, co widać, gdy odejmie się sygnały wszystkich gwiazd i galaktyk. Środkowy panel ujawnia "światło intrahalo" zbłąkanych gwiazd wyrwanych z ich macierzystych galaktyk, a panel po prawej to światło absolutnie pierwszych galaktyk, jakie uformowały się we Wszechświecie.

Źródło: Ketron Mitchell-Wynne / UCI

Astronomowie z Kalifornii i Baltimore (Space Telescope Science Institute) sporządzili najdokładniejsze jak dotąd statystyczne opisy wczesnych typów bardzo słabo świecących galaktyk, które istniały we Wszechświecie około 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Zespół naukowców opisał niedawno zastosowanie swojej nowej metody statystycznej analizy danych z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, zebranych podczas wieloletnich obserwacji nieba. Metoda ta pozwoliła naukowcom analizować sygnały „szumów” obecnych w tak zwanych Głębokim Polu Hubble'a, co z kolei dostarczyło im pierwsze wiarygodne oszacowanie ilości małych, pierwotnych galaktyk wczesnego Wszechświata. Badacze doszli do wniosku, że powinno istnieć blisko 10 razy więcej takich galaktyk w stosunku do liczby tych znanych, wykrytych przedtem w głębokich przeglądach Hubble'a.

Okres objęty badaniami jest znany w nauce jako era rejonizacji (lub wtórnej jonizacji). Nastąpił on niedługo po Wielkim Wybuchu i oznaczał, że Wszechświat był wówczas ciemny – został bowiem zdominowany przez neutralny wodów absorbujący fotony. Gwiazdy dopiero powstawały a ich promieniowanie stopniowo jonizowało wodór.  Epokę rejonizacji cechowały przejścia fazowe gazowego wodoru spowodowane przyspieszeniem procesów formowania się gwiazd i galaktyk.

To najdalej w czasie, dokąd jeszcze sięga Kosmiczny Teleskop Hubble'a. Kamery Hubble'a wykorzystują układy CCD, wysokiej jakości elektroniczne czujniki, które jako pierwsze używane były właśnie w astronomii, te same, które później zaczęto stosować praktycznie wszędzie. Naukowcy przyjrzeli się dzięki nim danym w zakresie optycznym i podczerwonym. Fotony, jakie zaobserwowano w widmie podczerwieni, pochodzą bezpośrednio z gwiazd i galaktyk.

Badanie „głębokiego nieba” było częścią większego projektu badawczego opartego o dane z Hubble'a - Cosmic Assembly Near-Infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS). Program ten nie był stworzony z myślą o tych konkretnych badaniach, ale okazało się, że sposób, w jaki zbierano w nim dane, był dokładnie tym, czego potrzebowano. Wcześniej już ślady słabych, wczesnych galaktyk odkryto w podczerwieni, ale naukowcy nie do końca wiedzieli, czego mają się tam spodziewać w zakresie optycznym. Okazało się, że pomiędzy tymi dwoma pasmami widma widać wyraźny spadek sygnału. Na tej podstawie naukowcy zaczęli wierzyć w to, że faktycznie zaobserwowali wcześniej to bardzo wczesne galaktyki.

Na potrzeby tych badań naukowcy musieli spojrzeć z bliska na to, co nazywa się zwykle "pustymi pikselami, czyli pikselami pomiędzy galaktykami i gwiazdami. Można było oddzielić szum od słabo widocznego sygnału związanego z pierwszymi galaktykami patrząc na różnice w intensywności przy przejściu z jednego piksela do drugiego. Odbieramy wówczas pewien sygnał statystyczny, który mówi nam o tym, że jest tam pewna populacja słabo widocznych obiektów. Nie widzimy tego samego sygnału na optycznych długościach fal, a tylko w podczerwieni. A to potwierdza, że sygnał ten istnieje od bardzo, bardzo dawnych czasów.

Niektórzy sądzą, że takie pierwotne galaktyki były zupełnie różne od znanych nam dziś galaktyk spiralnych i dyskowych, jakie można zaobserwować w Kosmosie. Były bardziej rozmyte i istniała w nich populacja gwiazd – olbrzymów. Więcej obserwacyjnych dowodów istnienia tych obiektów naukowcy być może zdobędą po uruchomieniu Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba w roku 2018. Galaktyki te są na tyle słabe, że trzeba naprawdę wielkiego instrumentu do ich indywidualnego zaobserwowania!

Liczba odsłon: 1257


Jak Teleskop Hubble'a zmienił nasze pojęcie o Kosmosie? Zobacz.