13 fjerne galakser fundet i en prøve af himlen. Billedkredit: ESO. Klik for at forstørre.
Det er et af hovedmålene i den observationelle kosmologi at spore den måde galakser dannede og udviklede sig og sammenligne det med forudsigelser fra teoretiske modeller. Det er derfor vigtigt at vide så præcist som muligt, hvor mange galakser der var til stede i universet ved forskellige epoker.
Dette er lettere at sige end at gøre. Hvis tælling af galakser fra dybe astronomiske billeder er relativt ligetil, er det meget vanskeligere at måle deres afstand - dermed epoken i universets historie, hvor vi ser det [1]. Dette kræver at tage et spektrum af galaksen og måle dens rødskift [2].
For de svageste galakser - der sandsynligvis er den fjerneste og dermed den ældste - kræver dette en masse observationstid på den største af teleskopene. Indtil nu måtte astronomer således først omhyggeligt vælge kandidatgalakser med høj rødskift for at minimere den tid, der bruges på måling af afstanden. Men det ser ud til, at astronomer var for omhyggelige med at gøre det, og derfor havde et forkert billede af galaksenes befolkning.
Det ville være bedre at "simpelthen" observere i en given himmellapp alle galakser, der er lysere end en given grænse. Men at se på et objekt ad gangen ville gøre en sådan undersøgelse umulig.
For at imødegå udfordringen brugte et team af franske og italienske astronomer [3] det største mulige teleskop med et højt specialiseret, meget følsomt instrument, der er i stand til at observere et meget stort antal (svage) objekter i det fjerne univers samtidig.
Astronomerne brugte VIsible Multi-Object Spectrograph (VIMOS) på Melipal, et af de 8,2 m-teleskoper fra ESOs Very Large Telescope Array. VIMOS kan observere spektraerne for omkring 1.000 galakser i en eksponering, hvorfra rødskift, og dermed afstande, kan måles. Muligheden for at observere to galakser på én gang ville svare til brugen af to VLT-enhedsteleskoper samtidigt. VIMOS multiplicerer således effektiviteten af VLT hundreder af gange.
Dette gør det muligt at gennemføre i løbet af få timer observationer, der kun ville have taget måneder for nogle få år siden. Med kapaciteter, der er op til ti gange mere produktive end konkurrerende instrumenter, tilbyder VIMOS for første gang muligheden for at foretage en objektiv folketælling om det fjerne universum.
Ved hjælp af VIMOS-instrumentets høje effektivitet begyndte teamet af astronomer i VIMOS VLT Deep Survey (VVDS), hvis mål er at måle i en valgt himmellapp rødskiftet af alle galakser lysere end styrke 24 i det røde, dvs. , galakser, der er op til 16 millioner svagere end hvad det uforsynede øje kan se.
I en samlet prøve på ca. 8.000 galakser udvalgt kun på grundlag af deres observerede lysstyrke i rødt lys blev næsten 1.000 lyse og kraftigt stjernedannende galakser opdaget ved en epoke 1.500 til 4.500 millioner år efter Big Bang (rødskift mellem 1,4 og 5) .
”Til vores overraskelse”, siger Olivier Le F? Vre fra Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (Frankrig) og medleder for VVDS-projektet, ”dette er to til seks gange højere, end der var fundet ved tidligere værker. Disse galakser var blevet forpasset, fordi tidligere undersøgelser havde valgt objekter på en meget mere restriktiv måde end vi gjorde. Og de gjorde det for at imødekomme den meget lavere effektivitet i den foregående generation af instrumenter. ”
Mens observationer og modeller konsekvent har indikeret, at universet endnu ikke havde dannet mange stjerner i de første milliarder år af kosmisk tid, kræver forskernes opdagelse en betydelig ændring i dette billede.
Ved at kombinere spektraerne for alle galakser i et givet rødskiftområde (dvs. tilhørende den samme epoke), kunne astronomerne estimere mængden af stjerne dannet i disse galakser. De finder ud af, at galakserne i det unge univers omdannes til stjerner mellem 10 og 100 gange massen af vores sol på et år.
”Denne opdagelse indebærer, at galakser dannede mange flere stjerner tidligt i universets liv, end der tidligere var blevet troet”, forklarer Gianpaolo Vettolani, den anden medleder for VVDS-projektet, der arbejdede ved INAF-IRA i Bologna (Italien). "Disse iagttagelser vil kræve en dybtgående revurdering af vores teorier om dannelsen og udviklingen af galakser i et univers i forandring."
Det er nu tilbage for astronomer at forklare, hvordan man kan skabe en så stor befolkning af galakser, der producerer flere stjerner end tidligere antaget, på et tidspunkt, hvor universet var omkring 10-20% af sin nuværende alder.
Original kilde: ESO News Release
