Potężne zderzenia galaktyk w zamierzchłej przeszłości

Źródło: ESO/M. Kornmesser

Teleskopy ALMA i APEX spojrzały głęboko w kosmos – do czasów gdy Wszechświat miał zaledwie jedna dziesiątą obecnego wieku – i ujrzały początki gigantycznych kosmicznych karamboli: nadchodzące kolizje młodych galaktyk gwiazdotwórczych. Astronomowie sądzili, że takie zdarzenia zachodziły dopiero w trzy miliardy lat po Wielkim Wybuchu, więc z zaskoczeniem przyjęli obserwacje, które pokazały pokazały, że działo się to gdy Wszechświat miał zaledwie połowę tego wieku! Uważa się, że te starodawne układy galaktyk  obserwujemy w trakcie tworzenia najbardziej masywnych struktur znanych we Wszechświecie: gromad galaktyk.

Przy pomocy Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) oraz Atacama Pathfinder Experiment (APEX) dwa międzynarodowe zespoły naukowców, którymi kierowali Tim Miller z Dalhousie University (Kanada) i Yale University (USA) oraz Iván Oteo z University of Edinburgh (Wielka Brytania), odkryły zaskakująco gęste koncentracje galaktyk, które zmierzają do połączenia, tworząc jądra struktur, która potem staną się gigantycznymi gromadami galaktyk.

Patrząc przez 90% odległości obserwowalnego Wszechświata, zespół Millera obserwował protogromadę galaktyk o nazwie SPT2349-56. Światło od tego obiektu rozpoczęło podróż do nas w momencie, gdy Wszechświat miał około jedną dziesiątą obecnego wieku.

Źródło: ESO/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Miller et al.

Pojedyncze galaktyki w tym gęstym kosmicznym karambolu to galaktyki gwiazdotwórcze, a koncentracja tak żywiołowych procesów gwiazdotwórczych w tak zwartym obszarze, czyni go najbardziej aktywnym rejonem spośród obecnie znanych w młodym Wszechświecie. Każdego roku rodzą się tam tysiące gwiazd, w porównaniu do zaledwie jednej gwiazdy rocznie powstającej w naszej Drodze Mlecznej.

Łącząc obserwacje z teleskopów ALMA i APEX, zespół Oteo odkrył podobny proces łączenia galaktyk utworzony przez pyłowe galaktyki gwiazdotwórcze, przezwane w języku angielskim „dusty red core”, z powodu swojego bardzo czerwonego koloru.

Iván Oteo wyjaśnia dlaczego obiekty te są niespodziewane: „Czas życia pyłowych obszarów gwiazdotwórczych jest względnie krótki, ponieważ konsumują swój gaz w nadzwyczajnym tempie. W danym czasie, w dowolnym zakątku Wszechświata, galaktyki te są zwykle w mniejszości. Zatem odnalezienie licznych pyłowych galaktyk gwiazdotwórczych świecących w tym samym czasie jest bardzo zagadkowe. Jest to coś, co nadal wymaga zrozumienia.”

Formujące się gromady galaktyk były najpierw dostrzeżone jako słabe smugi światła przy pomocy Teleskopu Bieguna Południowego oraz Kosmicznego Obserwatorium Herschel. Wykonane następnie obserwacje ALMA I APEX pokazały, że obiekty te mają nietypową strukturę i potwierdziły, że ich światło pochodzi z czasów dużo wcześniejszych niż się spodziewano – zaledwie 1,5 miliarda lat po Wielkim Wybuchu.

Nowe obserwacje ALMA w wysokiej rozdzielczości ostatecznie pokazały, że te dwie słabe plamki nie są pojedynczymi obiektami, ale składają się odpowiednio z czternastu i dziesięciu indywidualnych masywnych galaktyk, z których każda ma promień porównywalny z odległości pomiędzy Drogą Mleczną, a sąsiednimi Obłokami Magellana.

„Odkrycia dokonane przez ALMA mogą być tylko wierzchołkiem góry lodowej. Dodatkowe obserwacje przy użyciu teleskopu APEX pokazują, że prawdziwa liczba galaktyk gwiazdotwórczych może być nawet trzykrotnie większa. Trwające obserwacje przy pomocy instrumentu MUSE na należącym do ESO teleskopie VLT także identyfikują kolejne galaktyki” komentuje Carlos De Breuck, astronom z ESO.

Aktualnie modele teoretyczne i komputerowe sugerują, że protogromady tak masywne, jak opisane powyżej, potrzebują znacznie więcej czasu na ewolucję. Korzystając z danych z ALMA i jej niebywałej rozdzielczości oraz czułości, jako danych wejściowych do skomplikowanych symulacji komputerowych, naukowcy byli w stanie zbadać powstawanie gromady w okresie mniej niż 1,5 miliarda lat po Wielkim Wybuchu.

„To w jaki sposób łączenie galaktyk nastąpiło na tak dużą skalę w tak szybkim tempie, jest tajemnicą. Nie rozrastały się stopniowo przez miliardy lat, tak jak astronomowie się spodziewali do tej pory. Odkrycie daje wielką szansę na zbadanie w jaki sposób masywne galaktyki zgrupowały się, aby utworzyć gigantyczne gromady galaktyk” mówi Tim Miller, przyszły doktorant na Yale University, pierwszy autor jednej z publikacji.

Źródło: ESO