מדוע היקום הקדום נראה כל כך בוגר?

אשראי תמונה: PPARC

עד כה, אסטרונומים לא הצליחו למצוא הרבה נתונים על מה שקרה בשלב מוקדם של התפתחות היקום, כשחשבו שהכוכבים נוצרו. אולם מחקר חדש, שנערך על ידי אסטרונומים המשתמשים במצפה הכוכבים תאומים בצ'ילה, חשף כמה גלקסיות לפני 8 עד 11 מיליארד שנים שהן נוצרו בצורה מלאה יותר מהצפוי. הם חשבו שהם יראו פרוטוגלקסיות מתרסקות זו בזו, אך במקום זאת הם מצאו גלקסיות בוגרות מאוד. יתכן שחורים שחורים היו נפוצים הרבה יותר ביקום הקדום ושימשו עוגנים ליצירת גלקסיות במהירות.

עד כה, אסטרונומים כמעט היו עיוורים כשהם מסתכלים אחורה בזמן כדי לסקור עידן בו צפויים להיווצר רוב הכוכבים ביקום. נקודה עיוורת קוסמולוגית ביקורתית זו הוסרה על ידי צוות, כולל מדען בבריטניה, באמצעות הטלסקופ הצפרני פרדריך C. Gillett Gemini, והראה כי גלקסיות רבות ביקום הצעיר אינן מתנהגות כצפוי לפני 8-11 מיליארד שנים.

ההפתעה: נראה כי גלקסיות אלה נוצרות ובוגרות יותר מהצפוי בשלב מוקדם זה בהתפתחות היקום. ממצא זה דומה למורה שנכנס לכיתה בציפייה לקבל את פניו בחדר מלא בני נוער סוררים ולמצוא מבוגרים צעירים ומטופחים.

"התיאוריה אומרת לנו שצריך להשתלט על התקופה הזו על ידי גלקסיות קטנות שמתרסקות יחד", אמר ד"ר רוברטו אברהם (אוניברסיטת טורונטו) שהוא חוקר משותף בצוות שעורך את התצפיות בג'מיני. "אנו רואים שחלק גדול מהכוכבים ביקום כבר קיימים כשהיקום היה צעיר למדי, מה שלא אמור להיות המקרה. הצצה זו אחורה בזמן מראה די בבירור שאנחנו צריכים לחשוב מחדש על מה שקרה בתקופה מוקדמת זו באבולוציה הגלקטית. לתיאורטיקנים יהיה בהחלט על מה לכרסם! "

התוצאות הוכרזו היום בפגישה ה -203 של האגודה האמריקאית לאסטרונומיה באטלנטה, ג'ורג'יה. הנתונים ישוחררו בקרוב לכלל הקהילה האסטרונומית להמשך ניתוח, וארבעה מאמרים מתקרבים לקראת הפרסום בכתב העת Astrophysical ו- The Astronomical Journal.

ד"ר איזובל הוק, מנהיג קבוצת התמיכה הגרמנית בבריטניה, שבסיסו באוניברסיטת אוקספורד, חבר בצוות ה- GDDS (רב-לאומי של ג'מיני עמוק סקר) שהתחיל לבצע את החקירה. היא מסבירה כיצד הטכניקה עובדת. הצוות השתמש בטכניקה מיוחדת בכדי לתפוס את האור הגלקטי הקלוש ביותר שנפרץ אי פעם לקשת הצבעים המכונה ספקטרום. בסך הכל נאספו ספקטרומים של יותר מ -300 גלקסיות, שרובם נמצאים בתוך מה שמכונה "מדבר האדום", תקופה שלא נחקרה יחסית ביקום שנראתה על ידי טלסקופים במבט לאחור לעידן בו היקום היה בן 3-6 מיליארד שנים בלבד. ישן.

היא מוסיפה, הספקטרומים הללו מייצגים את הדגימה השלמה ביותר שהושגה אי פעם מהגלקסיות במדבר האדום. על ידי השגת כמויות גדולות של נתונים מארבעה שדות המופרדים באופן נרחב, סקר זה מספק את הבסיס הסטטיסטי להסקת מסקנות שנחשדו על ידי תצפיות בעבר שנעשו על ידי טלסקופ החלל האבל, מצפה הכוכבים, טלסקופ סובארו וטלסקופ גדול מאוד בעשור האחרון.

לימוד הגלקסיות הקלשות בתקופה זו, כאשר היקום היה רק ​​20-40% מגילו הנוכחי, מהווה אתגר מפחיד בפני אסטרונומים, אפילו כאשר משתמשים בכושר איסוף האור של טלסקופ גדול מאוד כמו ג'מיני צפון עם המראה שלו בגובה 8 מטרים. כל סקרי הגלקסיה הקודמים בתחום זה התמקדו בגלקסיות בהן מתרחשת היווצרות כוכבים אינטנסיבית, מה שמקל על השגת ספקטרום אך מייצר מדגם מוטה. ה- GDDS הצליח לבחור במדגם מייצג יותר כולל הגלקסיות המחזיקות את הגלקסיות הרגילות ביותר, העמומות והמאסיביות יותר, הדורשות טכניקות מיוחדות לשדל ספקטרום מהאור העמום שלהם.

"נתוני מזל תאומים הם הסקר המקיף ביותר שנעשה אי פעם בכיסוי עיקר הגלקסיות המייצגות תנאים ביקום הקדום. אלה הגלקסיות המאסיביות שלמעשה קשה יותר ללמוד אותן בגלל חוסר האור האנרגטי שלהן מהיווצרות הכוכבים. הגלקסיות המפותחות הללו, שצעירותן יוצרת הכוכבים למעשה כבר מזמן אינן צריכות להיות שם, אלא הן ", אמר החוקר הראשי המשותף ד"ר קארל גלזרברוק (אוניברסיטת ג'ונס הופקינס).

אסטרונומים שמנסים להבין את הנושא הזה יצטרכו לשים את הכל על השולחן. "לא ברור אם עלינו לצבוט את הדגמים הקיימים או לפתח אחד חדש כדי להבין את הממצא הזה", אמר החוקר השלישי של הסקר, ד"ר פטריק מקארתי (מצפה הכוכבים של מכון קרנגי). "ברור מספקטרום מזל תאומים שמדובר אכן בגלקסיות בוגרות מאוד, ואנחנו לא רואים את ההשפעות של טשטוש אבק. ברור שיש כמה היבטים עיקריים בחייהם המוקדמים של גלקסיות שאנחנו פשוט לא מבינים. יתכן כי חורים שחורים עשויים להיות הרבה יותר נפוצים ממה שחשבנו ביקום הקדום ומילאו תפקיד גדול יותר בזריעת היווצרות הגלקסיה המוקדמת. "

מה שטוען כי תיאוריית האבולוציה הגלקטית הדומיננטית מניחה כי אוכלוסיית הגלקסיות בשלב מוקדם זה הייתה צריכה להיות נשלטת על ידי אבני בניין אבולוציוניות. המכונה "המודל ההיררכי" הוא צופה כי גלקסיות נורמליות לגדולות, כמו אלה שנלמדו בעבודה זו, עדיין לא היו קיימות, ובמקום זאת ייווצרו מכוורות מקומיות של פעילות שבהן צמחו גלקסיות גדולות. ה- GDDS חושף כי יתכן שזה לא המקרה.

הספקטרום מסקר זה שימש גם לקביעת זיהום הגז הבין-כוכבי על ידי אלמנטים כבדים (המכונים "מתכות") המיוצרים על ידי כוכבים. זהו אינדיקטור מרכזי להיסטוריה של ההתפתחות הכוכבית בגלקסיות. סנדרה סבגליו (אוניברסיטת ג'ונס הופקינס), שחקרה היבט זה של המחקר אמרה, "הפרשנות שלנו ליקום מושפעת מאוד מהאופן בו אנו מתבוננים בו. מכיוון ש- GDDS צפו בגלקסיות חלשות מאוד, אנו יכולים לזהות את הגז הבין-כוכבי, אפילו אם הוא מוסווה חלקית מנוכחות האבק. בחקר ההרכב הכימי של הגז הבין-כוכבי גילינו שהגלקסיות בסקר שלנו עשירות יותר ממתכת. "

אסטרונום קלטק, ד"ר ריצ'רד אליס העיר, "הסקר העמוק העמוק של תאומים מייצג הישג משמעותי מאוד, הן מבחינה טכנית והן מבחינה מדעית. הסקר סיפק מפקד חדש וערכי של גלקסיות בתקופת מפתח בהיסטוריה הקוסמית, כזו שקשה היה ללמוד עד כה, במיוחד עבור החלק השקט באוכלוסיית הגלקסיה. "

עריכת תצפיות במדבר האדום תסכלה את האסטרונומים המודרניים בעשור האחרון. בעוד שהאסטרונומים ידעו שהרבה גלקסיות חייבות להתקיים במדבר האדום, זה רק "מדבר" מכיוון שלא יכולנו להשיג ספקטרום טוב מרבים מהם. הבעיה נעוצה בעובדה שתכונות ספקטרוסקופיות עיקריות המשמשות לחקר הגלקסיות הללו הועברו לאדמה להתפשטות היקום, כחלק מהספקטרום האופטי שתואם זוהר קלוש, טבעי ומעורפל באווירת הלילה של כדור הארץ.

כדי להתגבר על בעיה זו, נעשה שימוש בטכניקה מתוחכמת בשם "Nod and Shuffle" בטלסקופ מזל תאומים. "טכניקת" Nod and Shuffle "מאפשרת לנו לרפרף מעל הזוהר הטבעי הקלוש של שמי הלילה כדי לחשוף את הספקטרום הראוותני של הגלקסיות שמתחתיו. גלקסיות אלה יותר מ -300 פעמים יותר חלשות מזוהר השמים הזה ", מסבירה ד"ר קתי רוט, אסטרונומית בג'מיני שהייתה גם היא חלק מהצוות והשיגה חלק ניכר מהנתונים. "הוכח שזו דרך אפקטיבית להפחית באופן קיצוני את" הרעש "או את רמות הזיהום שנמצאות באיתור מגלאי אור אלקטרוני."

כל תצפית נמשכה המקבילה של כ- 30 שעות והניבה כמעט 100 ספקטרומים בו זמנית. הפרויקט כולו נדרש ליותר מ -120 שעות זמן טלסקופ. "זה הרבה זמן יקר בשמיים, אבל כשאתה מחשיב שהוא מאפשר לנו לעזור למלא פער של 20% מכריע בהבנתנו את היקום, זה היה זמן מושקע היטב", מוסיף ד"ר גלזרברוק שפיתח השימוש ב- Nod and Shuffle עם Joss Hawthorn לתצפיות גלקסיות קלושות בזמן שהיה במצפה הכוכבים האנגלו-אוסטרלי לפני מספר שנים.

מחקרים קודמים במדבר האדום התרכזו בגלקסיות שלא היו בהכרח ייצוגיות של מערכות הזרם המרכזי. עבור מחקר זה, גלקסיות נבחרו בקפידה על סמך נתונים של סקר האינפרא אדום של Las Campanas כדי להבטיח שגלקסיות חזקות הפולטות אולטרה סגול לא הוצאו דגימות יתר. "מחקר זה ייחודי בכך שהצלחנו ללמוד את הקצה האדום של הספקטרום, וזה מספר לנו על גילאי הכוכבים הישנים," אומר ד"ר אברהם. "לקחנו חשיפות ארוכות להפליא עם מזל תאומים במשך עשרה פעמים, כמו חשיפות טיפוסיות. זה הבה נתבונן בגלקסיות חלשות בהרבה ממה שקורה בדרך כלל, ובואו נתמקד ברוב הכוכבים במקום רק בצעירים המהבהבים. זה מקל עלינו הרבה יותר להבין כיצד הגלקסיות מתפתחות. אנו כבר לא מנחשים זאת על ידי חקר אובייקטים צעירים והנחה שהאובייקטים הישנים לא תורמים רבות לסיפור התפתחות הגלקסיה. מסתבר שיש המון גלקסיות ישנות בחוץ, אבל באמת קשה למצוא אותן. "

המקור המקורי: פרסום חדשות PPARC