Liczne galaktyki karłowate we wczesnym Wszechświecie

Masywna gromada galaktyk Abell 1689 mocno soczewkuje leżące dalej galaktyki widoczne tutaj w postaci łuków. Źródło: NASA, ESA, B. Siana i A. Alavi

Zespół naukowców kierowany przez astronomów z University of California w Riverside odkrył potężną populację odległych galaktyk karłowatych, która może odkryć przed nami szczegóły bardzo intensywnego okresu formowania gwiazd we wczesnym Wszechświecie miliardy lat temu.

Wyniki badań opublikowane w periodyku The Astrophysical Journal poszerzają naszą wiedzę o galaktykach karłowatych – najmniejszych i najciemniejszych galaktykach we Wszechświecie. Choć tak niepozorne, są one niesamowicie istotnym elementem historii Wszechświata.

Uważa się, że galaktyki karłowate odegrały istotną rolę w erze rejonizacji w procesie transformacji wczesnego wszechświata z ciemnego, neutralnego i nieprzezroczystego na jasny, zjonizowany i przezroczysty.

Pomimo ich wagi, odległe galaktyki karłowate wciąż się przed nami skrywają – są wyjątkowo ciemne i znajdują się poza zasięgiem nawet najlepszych teleskopów. Oznacza to, że nasz obecny obraz wczesnego Wszechświata nie jest pełny.

Niemniej jednak istnieje sposób ominięcia tego ograniczenia. Zgodnie z ogólną teorią względności masywny obiekt – np. galaktyka – znajdujący się na linii wzroku, może działać niczym naturalna soczewka, zwiększając ilość światła docierającego od źródła znajdującego się w tle.

To zjawisko znane jako soczewkowanie grawitacyjne, sprawia, że obiekty tła wydają się jaśniejsze i większe. Dzięki temu te naturalne teleskopy mogą umożliwić nam odkrywanie niewidzialnych odległych galaktyk karłowatych.

W celu dowiedzenia tej teorii w 2014 roku zespół z UC Riverside zwrócił swoje teleskopy w stronę gromady galaktyk działającej jak soczewka grawitacyjna i dostrzegł w tle dużą populację odległych galaktyk karłowatych.

Do swoich badań zespół wykorzystał kamerę Wide Field Camera 3 zainstalowaną na pokładzie Kosmicznego Teleskopu Hubble’a obserwując trzy potężne gromady galaktyk. Na wykonanych za jej pomocą zdjęciach naukowcy odkryli sporą populację odległych galaktyk karłowatych z czasów kiedy Wszechświat miał od 2 do 6 miliardów lat. Według obecnie obowiązujących teorii to właśnie ten czas, kiedy we Wszechświecie zachodziły najintensywniejsze procesy gwiazdotwórcze.

Oprócz tego, zespół badaczy wykorzystał dane spektroskopowe zarejestrowane za pomocą instrumentu Multi-Object Spectrograph for Infrared Exploration (MOSFIRE) zainstalowanego w Obserwatorium W.M. Kecka do potwierdzenia, że obserwowane galaktyki pochodzą właśnie z tego ważnego okresu historii Wszechświata.

Te galaktyki karłowate są 10 do 100 razy słabsze niż galaktyki wcześniej obserwowane w tej odległości. Choć słabe, są one dużo liczniejsze niż ich jasne towarzyszki.

Wyniki badań wskazują, że liczba tych galaktyk karłowatych ewoluuje w tym istotnym okresie historii wskazując, że wcześniej mogłoby ich być dużo więcej. Naukowcom udało się odkryć populację galaktyk karłowatych, które są najliczniejszą grupą galaktyk w tym okresie historii Wszechświata.

Pomimo słabego światła emitowanego przez te galaktyki, odpowiadają one za ponad połowę promieniowania ultrafioletowego istniejącego w erze rejonizacji. Zważając na fakt, że promieniowanie ultrafioletowe emitowane jest przez młode, gorące gwiazdy, to właśnie w galaktykach karłowatych musiała znajdować się znacząca większość nowo powstających gwiazd.

Powyższe wyniki wskazują, że galaktyki karłowate odgrywały znaczącą rolę w epoce rejonizacji. Galaktyki te będą jednym z głównych celów dla następnej generacji teleskopów, a w szczególności dla Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, który zostanie wyniesiony w przestrzeń kosmiczną w październiku 2018 roku.

Źródło: UC Riverside