Πίστωση εικόνας: Hubble
Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων συγκέντρωσε στοιχεία ότι οι γαλαξίες σχηματίστηκαν πολύ γρήγορα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Η ομάδα βρήκε ένα σμήνος πρωτο-γαλαξιών σε απόσταση μεγαλύτερη από 12 δισεκατομμύρια έτη φωτός - οι γαλαξίες είναι τόσο νέοι που οι αστρονόμοι μπορούν να δουν μια αναταραχή αστεριών να σχηματίζονται μέσα τους. Αυτό σημαίνει ότι είναι μόλις 1,5 δισεκατομμυρίων ετών, μια εποχή που το Σύμπαν ήταν μόνο το 10% της τρέχουσας ηλικίας του. Πιστεύεται ότι αυτά τα σμήνη σχηματίστηκαν τόσο γρήγορα επειδή αυτές οι περιοχές ήταν απίστευτα πυκνές με υλικό.
Κοιτάζοντας πίσω στο χρόνο σχεδόν 9 δισεκατομμύρια χρόνια, μια διεθνής ομάδα αστρονόμων βρήκε ώριμους γαλαξίες σε ένα νεαρό σύμπαν. Οι γαλαξίες είναι μέλη ενός σμήνος γαλαξιών που υπήρχε όταν το σύμπαν ήταν μόλις 5 δισεκατομμυρίων ετών, ή περίπου το 35 τοις εκατό της σημερινής του ηλικίας. Αυτή η ακαταμάχητη απόδειξη ότι οι γαλαξίες πρέπει να άρχισαν να σχηματίζονται αμέσως μετά τη μεγάλη έκρηξη ενισχύθηκε από τις παρατηρήσεις που έγιναν από την ίδια ομάδα αστρονόμων όταν κοίταξαν ακόμη πιο μακριά στο χρόνο. Η ομάδα βρήκε εμβρυϊκούς γαλαξίες μόλις 1,5 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη γέννηση του Κόσμου, ή το 10 τοις εκατό της σημερινής ηλικίας του σύμπαντος. Οι «μικροί γαλαξίες» κατοικούν σε ένα σμήνος που εξακολουθεί να αναπτύσσεται, το πιο μακρινό πρωτοσμήνος που έχει βρεθεί ποτέ.
Η Advanced Camera for Surveys (ACS) στο διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble της NASA χρησιμοποιήθηκε για παρατηρήσεις του ογκώδους σμήνος, RDCS 1252.9-2927, και του πρωτο-σμήνου, TN J1338-1942. Οι παρατηρήσεις από το Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra της NASA απέδωσαν το περιεχόμενο μάζας και βαρέων στοιχείων του RDCS 1252, του πιο μαζικού γνωστό σμήνος για εκείνη την εποχή. Αυτές οι παρατηρήσεις αποτελούν μέρος μιας συντονισμένης προσπάθειας της επιστημονικής ομάδας ACS για την παρακολούθηση του σχηματισμού και της εξέλιξης των σμηνών γαλαξιών σε ένα ευρύ φάσμα κοσμικού χρόνου. Το ACS κατασκευάστηκε ειδικά για μελέτες τέτοιων απομακρυσμένων αντικειμένων.
Αυτά τα ευρήματα υποστηρίζουν περαιτέρω παρατηρήσεις και θεωρίες ότι οι γαλαξίες σχηματίστηκαν σχετικά νωρίς στην ιστορία του σύμπαντος. Η ύπαρξη τέτοιων ογκωδών σμηνών στο πρώιμο σύμπαν συμφωνεί με ένα κοσμολογικό μοντέλο όπου τα σμήνη σχηματίζονται από τη συγχώνευση πολλών υποσμηνών σε ένα σύμπαν που κυριαρχείται από ψυχρή σκοτεινή ύλη. Η ακριβής φύση της ψυχρής σκοτεινής ύλης, ωστόσο, δεν είναι ακόμη γνωστή.
Η πρώτη μελέτη του Hubble υπολόγισε ότι οι γαλαξίες στο RDCS 1252 σχημάτισαν το μεγαλύτερο μέρος των αστεριών τους πριν από περισσότερα από 11 δισεκατομμύρια χρόνια (με μετατοπίσεις στο ερυθρό μεγαλύτερες από 3). Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο τεύχος 20 Οκτωβρίου 2003 του Astrophysical Journal. Ο κύριος συγγραφέας της εργασίας είναι ο John Blakeslee του Πανεπιστημίου Johns Hopkins στη Βαλτιμόρη, Md.
Η δεύτερη μελέτη του Hubble αποκάλυψε, για πρώτη φορά, ένα πρωτοσμήνος «βρεφικών γαλαξιών» που υπήρχε πριν από περισσότερα από 12 δισεκατομμύρια χρόνια (στο redshift 4.1). Αυτοί οι γαλαξίες είναι τόσο νέοι που οι αστρονόμοι μπορούν ακόμα να δουν μια αναταραχή αστεριών να σχηματίζονται μέσα τους. Οι γαλαξίες ομαδοποιούνται γύρω από έναν μεγάλο γαλαξία. Αυτά τα αποτελέσματα θα δημοσιευθούν στο τεύχος της 1ης Ιανουαρίου 2004 του Nature. Ο κύριος συγγραφέας της εργασίας είναι ο George Miley του Παρατηρητηρίου του Leiden στην Ολλανδία.
«Μέχρι πρόσφατα οι άνθρωποι δεν πίστευαν ότι υπήρχαν σμήνη όταν το σύμπαν ήταν μόλις περίπου 5 δισεκατομμυρίων ετών», εξήγησε ο Blakeslee.
«Ακόμα κι αν υπήρχαν τέτοια σμήνη», πρόσθεσε η Μάιλι, «μέχρι πρόσφατα οι αστρονόμοι πίστευαν ότι ήταν σχεδόν αδύνατο να βρουν σμήνη που υπήρχαν πριν από 8 δισεκατομμύρια χρόνια. Στην πραγματικότητα, κανείς δεν ήξερε πραγματικά πότε ξεκίνησε η ομαδοποίηση. Τώρα μπορούμε να το δούμε».
Και οι δύο μελέτες οδήγησαν τους αστρονόμους στο συμπέρασμα ότι αυτά τα συστήματα είναι οι πρόγονοι των σμήνων γαλαξιών που παρατηρούνται σήμερα. 'Το σμήνος RDCS 1252 μοιάζει με ένα σημερινό σμήνος', δήλωσε ο Marc Postman του Επιστημονικού Ινστιτούτου Διαστημικού Τηλεσκοπίου στη Βαλτιμόρη, Md., και συν-συγγραφέας και των δύο ερευνητικών εργασιών. «Στην πραγματικότητα, αν το βάζατε δίπλα σε ένα σημερινό σύμπλεγμα, δεν θα ξέρατε ποιο είναι ποιο».
Μια ιστορία δύο συστάδων
Πώς μπορούν οι γαλαξίες να αναπτυχθούν τόσο γρήγορα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη; «Είναι μια περίπτωση που οι πλούσιοι γίνονται πλουσιότεροι», είπε ο Blakeslee. «Αυτά τα σμήνη αναπτύχθηκαν γρήγορα επειδή βρίσκονται σε πολύ πυκνές περιοχές, επομένως υπάρχει αρκετό υλικό για τη δημιουργία των γαλαξιών-μελών πολύ γρήγορα».
Αυτή η ιδέα ενισχύεται από τις παρατηρήσεις ακτίνων Χ του τεράστιου σμήνος RDCS 1252. Ο Chandra και το XMM-Newton της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας παρείχαν στους αστρονόμους τις πιο ακριβείς μετρήσεις μέχρι σήμερα για τις ιδιότητες ενός τεράστιου νέφους θερμού αερίου που διαπερνά το τεράστιο σμήνος. Αυτό το αέριο των 160 εκατομμυρίων βαθμών Φαρενάιτ (70 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου) είναι μια δεξαμενή των περισσότερων βαρέων στοιχείων στο σύμπλεγμα και ένας ακριβής ιχνηλάτης της συνολικής του μάζας. Μια εργασία του Piero Rosati του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου (ESO) και των συναδέλφων που παρουσιάζει τις παρατηρήσεις ακτίνων Χ του RDCS 1252 θα δημοσιευτεί τον Ιανουάριο του 2004 στο Astronomical Journal.
«Η οξεία όραση του Chandra έλυσε το σχήμα του καυτού αερίου φωτοστέφανου και έδειξε ότι το RDCS 1252 είναι πολύ ώριμο για την ηλικία του», είπε ο Rosati, ο οποίος ανακάλυψε το σύμπλεγμα με το τηλεσκόπιο ακτίνων Χ ROSAT.
Το RDCS 1252 μπορεί να περιέχει πολλές χιλιάδες γαλαξίες. Οι περισσότεροι από αυτούς τους γαλαξίες, ωστόσο, είναι πολύ αχνοί για να ανιχνευθούν. Αλλά τα ισχυρά «μάτια» του ACS εντόπισαν αρκετές εκατοντάδες από αυτά. Οι παρατηρήσεις χρησιμοποιώντας το Πολύ μεγάλο τηλεσκόπιο (VLT) της ESO παρείχαν ακριβή μέτρηση της απόστασης από το σμήνος. Το ACS έδωσε τη δυνατότητα στους ερευνητές να προσδιορίσουν με ακρίβεια τα σχήματα και τα χρώματα των 100 γαλαξιών, παρέχοντας πληροφορίες για τις ηλικίες των αστεριών που κατοικούν σε αυτούς. Η ομάδα ACS υπολόγισε ότι τα περισσότερα αστέρια στο σμήνος είχαν ήδη σχηματιστεί όταν το σύμπαν ήταν περίπου 2 δισεκατομμυρίων ετών. Οι παρατηρήσεις με ακτίνες Χ, επιπλέον, έδειξαν ότι 5 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη το περιβάλλον ζεστό αέριο είχε εμπλουτιστεί με βαριά στοιχεία από αυτά τα αστέρια και είχε παρασυρθεί από τους γαλαξίες.
Εάν οι περισσότεροι από τους γαλαξίες στο RDCS 1252 έχουν ωριμάσει και εγκαθίστανται σε μια ήσυχη ενηλικίωση, οι σχηματιζόμενοι γαλαξίες στο μακρινό πρωτοσμήνος βρίσκονται στην ενεργητική, απείθαρχη νεότητά τους.
Το πρωτοσμήνος TN J1338 περιέχει έναν τεράστιο εμβρυϊκό γαλαξία που περιβάλλεται από μικρότερους αναπτυσσόμενους γαλαξίες, οι οποίοι μοιάζουν με κουκκίδες στην εικόνα του Hubble.
Ο κυρίαρχος γαλαξίας παράγει θεαματικούς πίδακες ραδιοεκπομπών, που τροφοδοτούνται από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα βαθιά μέσα στον πυρήνα του γαλαξία. Η αλληλεπίδραση μεταξύ αυτών των πίδακες και του αερίου μπορεί να διεγείρει έναν χείμαρρο γέννησης αστεριών.
Η ανακάλυψη του ενεργητικού ραδιογαλαξία από ραδιοτηλεσκόπια ώθησε τους αστρονόμους να αναζητήσουν τους μικρότερους γαλαξίες που αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος του σμήνος.
«Τα ογκώδη σμήνη είναι οι πόλεις του σύμπαντος και οι ραδιογαλαξίες μέσα τους είναι οι καπνοδόχοι που μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε για να τα βρούμε όταν μόλις αρχίσουν να σχηματίζονται», είπε η Μάιλι.
Τα δύο ευρήματα υπογραμμίζουν τη δύναμη του συνδυασμού παρατηρήσεων από πολλά διαφορετικά τηλεσκόπια που παρείχαν απόψεις του μακρινού σύμπαντος σε μια σειρά μηκών κύματος. Η προηγμένη κάμερα του Hubble παρείχε κρίσιμες πληροφορίες για τη δομή και των δύο απομακρυσμένων σμηνών γαλαξιών. Το όραμα ακτίνων Χ του Chandra και του XMM-Newton παρείχε τις βασικές μετρήσεις του αρχέγονου αερίου στο οποίο είναι ενσωματωμένοι οι γαλαξίες στο RDCS 1252 και ακριβείς εκτιμήσεις της συνολικής μάζας που περιέχεται σε αυτό το σμήνος. Μεγάλα επίγεια τηλεσκόπια, όπως το VLT, παρείχαν ακριβείς μετρήσεις της απόστασης και των δύο σμηνών καθώς και της χημικής σύστασης των γαλαξιών σε αυτά.
Η ομάδα ACS διεξάγει περαιτέρω παρατηρήσεις απομακρυσμένων σμηνών για να εμπεδώσει την κατανόησή μας για το πώς αυτά τα νεαρά σμήνη και οι γαλαξίες τους εξελίσσονται στο σχήμα των πραγμάτων που βλέπουμε σήμερα. Οι προγραμματισμένες παρατηρήσεις τους περιλαμβάνουν τη χρήση παρατηρήσεων κοντά στο υπέρυθρο για την ανάλυση των ρυθμών σχηματισμού αστεριών σε ορισμένα από τα σμήνη-στόχους, συμπεριλαμβανομένου του RDCS 1252, για τη μέτρηση της κοσμικής ιστορίας του σχηματισμού άστρων σε αυτές τις ογκώδεις δομές. Η ομάδα ερευνά επίσης τις περιοχές γύρω από αρκετούς εξαιρετικά μακρινούς ραδιογαλαξίες για πρόσθετα παραδείγματα πρωτοσμηνών. Ο απώτερος επιστημονικός στόχος της ομάδας είναι να δημιουργήσει μια πλήρη εικόνα της εξέλιξης των συστάδων ξεκινώντας από τον σχηματισμό στις πρώτες εποχές και περιγράφοντας λεπτομερώς την εξέλιξη μέχρι σήμερα.
Αρχική πηγή: Δελτίο τύπου Hubble