Astronomowie idenyfikują jedne z najstarszych galaktyk we Wszechświecie

Credit: Institute for Computational Cosmology, Durham University, UK/ Heidelberg Institute for Theoretical Studies, Germany / Max Planck Institute for Astrophysics, Germany

Astronomowie zidentyfikowali jedne z najwcześniejszych galaktyk we Wszechświecie.

Zespół badaczy z Instytutu Kosmologii Obliczeniowej na Uniwersytecie w Durham oraz z Centrum Astrofizyki Harvard-Smithsonian odkrył dowody na to, że najciemniejsze galaktyki satelitarne krążące wokół naszej Drogi Mlecznej należą do grupy pierwszych galaktyk jakie powstały we Wszechświecie.

Naukowcy pracujący przy tym projekcie badawczym określają uzyskane wyniki jako “niezwykle ekscytujące”, bowiem odkrycie jednych z najwcześniejszych galaktyk we Wszechświecie krążących wokół Drogi Mlecznej przypomina odkrycie pozostałości po pierwszych ludziach, którzy chodzili po Ziemi.

Wyniki grupy badawczej wskazują, że galaktyki takie jak Segue-1, Bootes I, Tucana II oraz Ursa Major I są w rzeczywistości jednymi z pierwszych galaktyk jakie kiedykolwiek powstały, a ich wiek przekracza w chwili obecnej 13 miliardów lat.

Gdy wszechświat miał około 380 000 lat powstały w nim pierwsze atomy. Były to atomy wodoru, najprostszego pierwiastka w układzie okresowym. Owe atomy gromadziły się w obłoki, których temperatura stopniowo malała i które skupiały się w małe zagęszczenia lub “halo” ciemnej materii powstałej w Wielkim Wybuchu.

Faza ochładzania znana jako “kosmiczne wieki ciemne” trwała około 100 milionów lat. Z czasem ochłodzony gaz wewnątrz halo ciemnej materii stawał się niestabilny i zaczął ulegać kolapsowi w gwiazdy – to właśnie one tworzyły pierwsze galaktyki w historii wszechświata.

Wraz z powstaniem pierwszych galaktyk, wszechświat się rozświetlił kończąc erę ciemności.

Dr Sownak Bose z CfA pracujący z dr Alis Deason oraz prof. Carlosem Frenkiem z Uniwersytetu w Durham zidentyfikował dwie populacje galaktyk satelitarnych krążących wokół Drogi Mlecznej.

Pierwszą była bardzo ciemna populacja składająca się z galaktyk, które powstały w erze ciemności. Druga z nich była nieco jaśniejszą populacją składającą się z galaktyk, które powstały setki milionów lat później, gdy wodór, który został zjonizowany przez intensywne promieniowanie ultrafioletowe wyemitowane przez pierwsze gwiazdy był w stanie się ochłodzić w bardziej masywnych halo ciemnej materii.

Choć to zdumiewające, naukowcy odkryli, że model formowania galaktyk, który opracowali wcześniej idealnie zgadzał się z danymi, dzięki czemu można było wywnioskować okresy powstawania galaktyk satelitarnych.

Wyniki badań opublikowano w periodyku Astrophysical Journal.

Prof. Carlos Frenk, dyrektor Instytutu Kosmologii Obliczeniowej w Durham mówi: “Odkrycie jednych z absolutnie pierwszych galaktyk we wszechświecie w otoczeniu Drogi Mlecznej jest astronomicznym odpowiednikiem odkrycia szczątków pierwszych ludzi, którzy chodzili po Ziemi. To naprawdę ekscytujące”.

Rozkład galaktyk satelitarnych krążących wokół symulowanej komputerowo galaktyki, zgodny z modelem kosmologicznym Lambda-CDM. Ultraciemne galaktyki satelitarne są jednymi z najstarszych galaktyk we Wszechświecie – zaczęły się formować zaledwie 100 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Grafikę wygenerowano z symulacji prowadzonych w projekcie Auriga.

“Nasze wyniki wspierają obowiązujący model ewolucji wszechświata czyli tzw. Model Lambda-CDM”, w którym cząstki elementarne składające się na ciemną materię napędzają ewolucję wszechświata.

Intensywne promieniowanie ultrafioletowe emitowane przez pierwsze galaktyki zniszczyło pozostałe atomy wodoru jonizując je, utrudniając ochładzanie gazu i powstawanie nowych gwiazd.

Proces powstawania galaktyk ustał i przez kolejny miliard lat nie powstawały już nowe galaktyki.

Z czasem, halo ciemnej materii stały się na tyle masywne, że nawet zjonizowany gaz zaczął się ochładzać. Proces powstawania galaktyk ruszył od nowa, osiągając szczyt w trakcie tworzenia spektakularnych, jasnych galaktyk takich jak nasza Droga Mleczna.

Dr Sownak Bose, który był doktorantem na ICC gdy projekt dopiero się rozpoczynał, a dzisiaj jest adiunktem w CfA mówi: “Przyjemnym aspektem jego pracy jest fakt, że podkreśla ona zgodność między przewidywaniami modelu teoretycznego i rzeczywistymi danymi”.

“Dekadę temu przeoczylibyśmy najciemniejsze galaktyki w obecności Drogi Mlecznej. Dzięki rosnącej czułości obecnych i przyszłych instrumentów do przeglądu galaktyk, odkrywamy nowe rzesze najmniejszych galaktyk, dzięki czemu możemy testować nasze modele teoretyczne w nowym środowisku”.

Dr Alis Deason z Uniwersytetu w Durham dodaje: “To wspaniały przykład tego jak obserwacje najmniejszych galaktyk karłowatych w otoczeniu Drogi Mlecznej może odkryć przed nami informacje o wczesnym wszechświecie”.

Źródło: Durham University