Po celé desaťročia sa astronómovia pokúšali vidieť tak ďaleko, ako sa len dá, do hlbokého vesmíru. Astrofyzici a kozmológovia dúfajú, že pozorovaním vesmíru, aký bol krátko po Veľkom tresku, naučia všetko, čo môžu o ranom formovaní vesmíru a jeho následnom vývoji. Vďaka nástrojom ako napr Hubblov vesmírny teleskop , astronómovia mohli vidieť časti vesmíru, ktoré boli predtým nedostupné.
Ale ani ctihodný Hubbleov teleskop nie je schopný vidieť všetko, čo sa dialo počas raného vesmíru. S využitím spojenej sily niektorých najnovších astronomických observatórií z celého sveta však tím medzinárodných astronómov pod vedením Tokijskej univerzity Ústav astronómie pozorované 39 predtým neobjavené staroveké galaxie , nález, ktorý by mohol mať veľké dôsledky pre astronómiu a kozmológiu.
Tím, ktorý stál za objavom, zahŕňal členov Inštitútu astronómie Tokijskej univerzity, Francúzskeho národného centra pre vedecký výskum (CNRS), Anhui Normal University v Číne, University of Ludwig-Maximilians v Mníchove, Národných astronomických observatórií Číny a Academia Sinica Inštitút astronómie a astrofyziky (ASIAA) na Taiwane. Ich výskum sa objavil v čísle 7. augusta Príroda .
Umelecký dojem z galaxií, ktoré zachytila ALMA, keď sa objavujú vo veľmi ranom, veľmi vzdialenom vesmíre. Kredit: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello
Vidieť „neviditeľného“
Zjednodušene povedané, najskoršie možné galaxie vo vesmíre zostali doteraz neviditeľné, pretože ich svetlo je veľmi slabé a vyskytuje sa na dlhých vlnových dĺžkach, ktoré Hubbleov teleskop nedokáže detekovať. Tým sa preto obrátil na Atacama Large Millimeter/submilimeter Array (ALMA), ktorej teleskopy sú optimalizované na pozorovanie tohto druhu svetla.
Objav, ktorý bol výsledkom, bol nielen bezprecedentný, ale objav takého množstva galaxií tohto typu popiera súčasné kozmologické modely. Ako Tao Wang, výskumník z AISAA a spoluautor štúdie, vysvetlil :
„Je to prvýkrát, čo bola potvrdená taká veľká populácia masívnych galaxií počas prvých 2 miliárd rokov 13,7 miliárd rokov života vesmíru. Tie boli predtým pre nás neviditeľné. Toto zistenie je v rozpore so súčasnými modelmi pre toto obdobie kozmického vývoja a pomôže pridať niektoré detaily, ktoré doteraz chýbali.“
Tieto galaxie, aj keď boli v tom čase najväčšie, bolo stále veľmi ťažké spozorovať. Veľa dôvodov súvisí s rozsahom, v akom bolo ich svetlo natiahnuté expanziou vesmíru. V každodennej astronómii je tento jav známy ako červený posun, kde expanzia priestoru (Hubbleova konštanta) spôsobuje predĺženie vlnovej dĺžky svetla, čím sa posúva smerom k červenému koncu spektra.
To umožňuje astronómom nielen povedať, ako vzdialený je objekt, ale aj to, ako tento objekt vyzeral v minulosti. Ale pri pohľade na najskoršiu epochu vesmíru (pred viac ako 13 miliardami rokov) obrovská vzdialenosť natiahne vlnovú dĺžku viditeľného svetla do bodu, keď už nie je v doméne viditeľného svetla a stane sa infračerveným.
Spitzerov vesmírny teleskop agentúry NASA zachytil tento úžasný infračervený obraz stredu galaxie Mliečna dráha, kde sa nachádza čierna diera Sagitarrius A. Poďakovanie: NASA/JPL-Caltech
Ďalším dôvodom, prečo je ťažké tieto galaxie rozpoznať, je to, že väčšie galaxie majú tendenciu byť zahalené prachom, najmä keď sú stále v raných častiach svojho formovania. To ich má tendenciu zakrývať viac ako ich menšie galaktické náprotivky. Z týchto dôvodov existovalo určité podozrenie, že tieto galaxie nie sú také staré, ako tím navrhol. Ako Wang uvedené :
„Bolo ťažké presvedčiť našich kolegov, že tieto galaxie sú také staré, ako sme ich predpokladali. Naše počiatočné podozrenie o ich existencii pochádza z infračervených údajov Spitzerovho vesmírneho teleskopu. Ale ALMA má ostré oči a odhalila detaily na submilimetrových vlnových dĺžkach, čo je najlepšia vlnová dĺžka na pozeranie cez prach prítomný v ranom vesmíre. Napriek tomu boli potrebné ďalšie údaje z imaginárne pomenovaného Very Large Telescope v Čile, aby sme skutočne dokázali, že vidíme staroveké masívne galaxie tam, kde predtým žiadne neboli.“
Čo to znamená pre astronómiu?
Keďže objav týchto galaxií odporuje našim súčasným kozmologickým modelom, zistenia tímu majú pre astronómov prirodzene významné dôsledky. Ako Kotaro Kohno, profesor z Ústavu astronómie a spoluautor štúdie, vysvetlil :
„Čím hmotnejšia je galaxia, tým hmotnejšia je supermasívna čierna diera v jej srdci. Takže štúdium týchto galaxií a ich evolúcie nám povie viac aj o evolúcii supermasívnych čiernych dier,“ dodal Kohno. „Masívne galaxie sú tiež úzko spojené s distribúciou neviditeľnej temnej hmoty. To zohráva úlohu pri formovaní štruktúry a distribúcie galaxií. Teoretickí výskumníci teraz budú musieť aktualizovať svoje teórie.'
Staroveké galaxie zo štúdie sú viditeľné pre ALMA (vpravo), ale nie pre Hubbleov teleskop (vľavo). Poďakovanie: Wang (et al.) 2019
Ďalším zaujímavým objavom boli spôsoby, akými sa týchto 39 starovekých galaxií líši od našich. Pre začiatok, tieto galaxie mali vyššiu hustotu hviezd ako dnešná Mliečna dráha; čo znamená, že ak by bola naša galaxia podobná, pozorovatelia hviezd by pri pohľade na nočnú oblohu videli niečo úplne iné.
„Po prvé, nočná obloha by vyzerala oveľa majestátnejšie. Väčšia hustota hviezd znamená, že blízko by bolo oveľa viac hviezd, pretože by sa javili väčšie a jasnejšie,“ povedal Wang. 'Ale naopak, veľké množstvo prachu znamená, že vzdialenejšie hviezdy by boli oveľa menej viditeľné, takže pozadie týchto jasných blízkych hviezd môže byť obrovská tmavá prázdnota.'
Keďže je to prvýkrát, čo bola objavená galaktická populácia tohto druhu, astronómovia sa tešia na to, čo ešte môžu nájsť. V súčasnosti ani ALMA nie je dostatočne sofistikovaná na to, aby preskúmala chemické zloženie a hviezdne populácie týchto galaxií. Observatóriá novej generácie však budú mať rozhodnutie pre astronómov vykonať tieto štúdie.
Patrí medzi ne vesmírny teleskop Jamesa Webba, ktorého štart je momentálne naplánovaný na rok 2021. Pozemné observatóriá, ako je extrémne veľký teleskop ESO (ELT), Tridsaťmetrový ďalekohľad (TMT) a Obrovský Magellanov ďalekohľad (GMT) pravdepodobne zohrávajú dôležitú úlohu.
Je to vzrušujúci čas pre astronómov a kozmológov. Tak pomaly odlupujú ďalšiu vrstvu vesmíru, aby videli, aké tajomstvá sa pod nimi skrývajú!
Ďalšie čítanie: Tokijskej univerzite