En ny udsigt fra Hubble-rumteleskopet viser nogle af de første lyse galakser, der dukkede op i universet, der optrådte for omkring 13 milliarder år siden, eller 900 millioner år efter Big Bang. Galakser som disse var ikke synlige 700 millioner år efter Big Bang, så mindre galakser skal have fusioneret ganske hurtigt for at få dem store og lyse. Opdagelserne blev gjort i Hubble Ultra Deep Field og Great Observatory Origins Deep Survey Fields.
En systematisk søgning efter de første lyse galakser, der blev dannet i det tidlige univers, har afsløret et dramatisk spring i antallet af sådanne galakser for omkring 13 milliarder år siden. Disse observationer af de tidligste stadier i udviklingen af galakser giver nyt bevis for den hierarkiske teori om galaksdannelse - ideen om, at store galakser, der blev bygget op over tid, efterhånden som mindre galakser kolliderede og fusionerede.
Astronomer Rychard Bouwens og Garth Illingworth ved University of California, Santa Cruz, brugte Hubble-rumteleskopet til at udforske dannelsen af galakser i de første 900 millioner år efter Big Bang. De rapporterede deres seneste fund i 14. september-udgaven af tidsskriftet Nature.
Dybe observationer i tre mørke pletter med himmel - Hubble Ultra Deep Field og Great Observatories Origins Deep Survey felter - samlet det svage lys, der blev udsendt for 13 milliarder år siden af stjerner i urbane galakser. Kun de lyseste galakser kunne detekteres i så store afstande.
”Dette er de dybeste infrarøde og optiske data, der nogensinde er taget. Vi ser på et meget tidligt stadium i opbygningen af galakser, ”sagde Illingworth, professor i astronomi og astrofysik ved UCSC.
Forskerne observerede hundreder af lyse galakser omkring 900 millioner år efter Big Bang. Men da de så dybere ud, omkring 200 millioner år tidligere i tid, fandt de kun en. Afslapning af deres søgningskriterier dukkede en smule flere kandidater op, men tydeligvis skete der mange ændringer i løbet af disse 200 millioner år, sagde Illingworth.
”De større, mere lysende galakser var bare ikke på plads 700 millioner år efter Big Bang. Alligevel var der 200 millioner år senere mange flere af dem, så der må have været en masse fusion af mindre galakser i løbet af den tid, ”sagde han.
Astronomer kan bestemme, hvornår lys blev udsendt fra en fjern kilde ved dens rødskift, et mål for, hvordan universets udvidelse strakte lysets bølgelængder, da det rejste gennem rummet over store afstande. Bouwens, en postdoktor ved UCSC og første forfatter af Nature-papiret, udviklede software til systematisk at sile gennem Hubble-dataene på jagt efter galakser med høj rødskift.
Dataene kom fra to kraftfulde instrumenter på Hubble, Advanced Camera for Surveys (ACS) og Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrograph (NICMOS). Forskerne sammenlignede antallet af galakser, der blev opdaget ved en rødskift på 7 til 8 (700 millioner år efter Big Bang), med hvad de måske havde forventet at finde, hvis befolkningen i galakser derefter var som den befolkning, de havde observeret ved rødskift 6 (200 millioner år senere). Afhængig af strengheden i deres udvælgelseskriterier fandt de en galakse, hvor de ville have forventet 10, eller fire, hvor de ville have forventet 17.
”Vores tilgang giver en meget kvantitativ måde at måle opbygningen af struktur i universet, så vi kan se, hvor hurtigt det ændrede sig over tid, efterhånden som mindre galakser blev fusioneret til dannelse af større,” sagde Bouwens.
Galakserne, der er observeret i denne undersøgelse, er meget mindre end vores egen Mælkevej og andre gigantiske galakser, der ses i dag i det nærliggende univers. Disse tidlige galakser brændte også med stjernedannelse og udsendte blåligt lys, der blev skiftet til rødt lys i løbet af sin 13-milliarder år lange rejse til Hubbles følsomme detektorer.
”Det er ganske forbløffende, at vi kan se tilbage på 13 milliarder år. Vi ser på galakser, der allerede har udviklet sig fra mindre forløbere, men det er kun et par hundrede millioner år efter dannelsen af de første stjerner, ”sagde Illingworth.
Hvis Mælkevejen er en galaktisk ældre borger, er disse galakser småbørn eller børnehaver. For tiden er forskere ikke i stand til at opdage de endnu mindre spædbørnsgalakser, der må være fusioneret for at danne disse første lyse galakser.
Men frøene fra de første galakser kan ses i den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling, målt senest og nøjagtigt af Wilkinson Microbys Anisotropy Probe (WMAP), der viser små svingninger i densitet i et bemærkelsesværdigt homogent univers omkring 400.000 år efter Big Bang.
”Meget tidligt i universets udvikling var alt meget glat. Men med tiden blev universet mere og mere klodset, når tyngdekraften trak mere stof ind i de tættere områder, ”sagde Bouwens. ”Vores observationer af de tidlige galakser giver os mulighed for at måle, hvor hurtigt universet udviklede sig fra mindre til større klumper.”
Detektion af de allerførste galakser, der skal dannes, vil være mulig med efterfølgeren til Hubble, James Webb-rumteleskopet, der i øjeblikket er planlagt til lancering i 2013, sagde Illingworth. Yderligere oplysninger om søgningen efter de første galakser er tilgængelige på nettet på http://firstgalaxies.ucolick.org/.
Original kilde: UCSC News Release
