Billedkredit: Hubble
Et internationalt team af astronomer har samlet bevis for, at galakser dannede sig meget hurtigt efter Big Bang. Dette betyder, at de kun er 1,5 milliarder år gamle, en tid, hvor universet kun var 10% af sin nuværende alder. Det antages, at disse klynger dannede sig så hurtigt, fordi disse områder var utroligt tæt med materiale.
Når vi ser tilbage på tiden næsten 9 milliarder år, fandt et internationalt team af astronomer modne galakser i et ungt univers. Galakserne er medlemmer af en klynge af galakser, der eksisterede, da universet kun var 5 milliarder år gammelt, eller omkring 35 procent af dets nuværende alder. Dette overbevisende bevis for, at galakser måske er begyndt at danne lige efter big bang blev styrket af observationer foretaget af det samme team af astronomer, da de kiggede endnu længere tilbage i tiden. Holdet fandt embryonale galakser blot 1,5 milliarder år efter fødslen af kosmos, eller 10 procent af universets nuværende tidsalder. "Babygalakser" bor i en stadig udviklende klynge, den fjerneste protoklynge, der nogensinde er fundet.
Det avancerede kamera til undersøgelser (ACS) ombord på NASAs Hubble-rumteleskop blev brugt til at foretage observationer af den massive klynge, RDCS 1252.9-2927, og protoklyngen, TN J1338-1942. Observationer fra NASAs Chandra røntgenobservatorium gav massen og det tunge elementindhold i RDCS 1252, den mest massive kendte klynge for den epoke. Disse observationer er del af en koordineret indsats fra ACS-forskerteamet til at spore dannelsen og udviklingen af klynger af galakser over en bred vifte af kosmisk tid. ACS blev bygget specielt til undersøgelser af sådanne fjerne objekter.
Disse fund understøtter yderligere observationer og teorier om, at galakser dannede relativt tidligt i kosmos historie. Eksistensen af sådanne massive klynger i det tidlige univers stemmer overens med en kosmologisk model, hvor klynger dannes fra fusionen af mange underklynger i et univers domineret af kold mørk stof. Den nøjagtige natur af koldt mørkt stof er imidlertid stadig ikke kendt.
Den første Hubble-undersøgelse estimerede, at galakser i RDCS 1252 dannede hovedparten af deres stjerner for mere end 11 milliarder år siden (ved rødskift større end 3). Resultaterne blev offentliggjort i 20. oktober 2003-udgaven af Astrophysical Journal. Avisens hovedforfatter er John Blakeslee fra Johns Hopkins University i Baltimore, Md.
Den anden Hubble-undersøgelse afslørede for første gang en protoklynge af ”spædbørnsgalakser”, der eksisterede for mere end 12 milliarder år siden (ved rødskift 4.1). Disse galakser er så unge, at astronomer stadig kan se en storm af stjerner, der dannes inden i dem. Galakserne er samlet omkring en stor galakse. Disse resultater vil blive offentliggjort i januar 1, 2004-udgaven af Nature. Avisens hovedforfatter er George Miley fra Leiden Observatorium i Holland.
”Indtil for nylig troede folk ikke, at klynger eksisterede, da universet kun var omkring 5 milliarder år gammelt,” forklarede Blakeslee.
”Selvom der var sådanne klynger,” tilføjede Miley, ”indtil for nylig troede astronomer, at det var næsten umuligt at finde klynger, der eksisterede for 8 milliarder år siden. Faktisk var det ikke nogen, der vidste, hvornår klyngerne begyndte. Nu kan vi være vidne til det. ”
Begge undersøgelser førte til, at astronomerne konkluderede, at disse systemer er forfader til galakse-klyngerne, der ses i dag. ”Klyngen RDCS 1252 ligner en nutidig klynge,” sagde Marc Postman fra Space Telescope Science Institute i Baltimore, Md., Og medforfatter til begge forskningsartikler. "Faktisk, hvis du skulle placere det ved siden af en nutidig klynge, ville du ikke vide, hvad der er, hvilken."
En fortælling om to klynger
Hvordan kan galakser vokse så hurtigt efter big bang? ”Det er et tilfælde, hvor de rige bliver rigere,” sagde Blakeslee. ”Disse klynger voksede hurtigt, fordi de er placeret i meget tætte regioner, så der er nok materiale til at opbygge medlemsgalakser meget hurtigt.”
Denne idé styrkes af røntgenobservationer af den massive klynge RDCS 1252. Chandra og Det europæiske rumfartsagenturs XMM-Newton forsynede astronomer med de mest nøjagtige målinger til dags dato for egenskaberne ved en enorm sky af varm gas, der gennemsyrer den massive klynge. Denne 160 millioner grader Fahrenheit (70 millioner grader Celsius) gas er et reservoir af de fleste af de tunge elementer i klyngen og en nøjagtig sporing af dens samlede masse. Et papir af Piero Rosati fra European Southern Observatory (ESO) og kolleger, der præsenterer røntgenobservationer af RDCS 1252, vil blive offentliggjort i januar 2004 i Astronomical Journal.
”Chandras skarpe vision løste formen på den varme gashalogen og viste, at RDCS 1252 er meget moden for sin alder,” sagde Rosati, der opdagede klyngen med ROSAT-røntgendeleskopet.
RDCS 1252 kan indeholde mange tusinder af galakser. De fleste af disse galakser er imidlertid for svage til at opdage. Men ACS 'magtfulde “øjne” præciserede flere hundrede af dem. Observationer ved hjælp af ESOs Very Large Telescope (VLT) leverede en præcis måling af afstanden til klyngen. ACS gjorde det muligt for forskerne nøjagtigt at bestemme formene og farverne på de 100 galakser og give information om alderen på de stjerner, der bor i dem. ACS-teamet estimerede, at de fleste af stjernerne i klyngen allerede var dannet, da universet var omkring 2 milliarder år gammelt. Røntgenobservationer viste endvidere, at 5 milliarder år efter big bang den omgivende varme gas var beriget med tunge elementer fra disse stjerner og var blevet fejet væk fra galakserne.
Hvis de fleste af galakserne i RDCS 1252 har nået modenhed og sætter sig ned i et roligt voksenliv, er de dannende galakser i den fjerne protoklus i deres energiske, uregerlige ungdom.
Proto-klyngen TN J1338 indeholder en massiv embryonisk galakse omgivet af mindre udviklende galakser, der ligner prikker i Hubble-billedet.
Den dominerende galakse producerer spektakulære radioemitterende jetfly, drevet af et supermassivt sort hul dybt inde i galakasens kerne. Interaktion mellem disse jetfly og gassen kan stimulere en torrent ved stjernefødsel.
Den energiske radiogalakse opdagelse af radioteleskoper fik astronomer til at jage efter de mindre galakser, der udgør hovedparten af klyngen.
”Massive klynger er universets byer, og radiogalakser inden i dem er de rygestakke, vi kan bruge til at finde dem, når de lige er begyndt at danne sig,” sagde Miley.
De to fund understreger kraften i at kombinere observationer fra mange forskellige teleskoper, der gav udsigt over det fjerne univers i en række bølgelængder. Hubbles avancerede kamera leverede kritiske oplysninger om strukturen i begge fjerne galakse-klynger. Chandras og XMM-Newtons røntgenvision leverede de væsentlige målinger af den oprindelige gas, hvor galakserne i RDCS 1252 er indlejret, og nøjagtige skøn over den samlede masse indeholdt i denne klynge. Store, jordbaserede teleskoper, ligesom VLT, leverede præcise målinger af afstanden til begge klynger såvel som den kemiske sammensætning af galakserne i dem.
ACS-teamet foretager yderligere observationer af fjerne klynger for at styrke vores forståelse af, hvordan disse unge klynger og deres galakser udvikler sig til form af ting, der ses i dag. Deres planlagte observationer inkluderer anvendelse af nærinfrarøde observationer til at analysere stjernedannelseshastighederne i nogle af målklyngerne, herunder RDCS 1252, til at måle den kosmiske historie med stjernedannelse i disse massive strukturer. Holdet søger også i regionerne omkring adskillige ultra-fjerne radiogalakser efter yderligere eksempler på protoklynger. Holdets ultimative videnskabelige mål er at etablere et komplet billede af klyngeudvikling, der begynder med dannelsen på de tidligste epoker og detaljerede udviklingen frem til i dag.
Originalkilde: Hubble News Release
