במרדף שלהם ללמוד כיצד התגלה היקום שלנו, מדענים חקרו עמוק מאוד לחלל (ומכאן, הרחק מאוד אחורה בזמן). בסופו של דבר, מטרתם היא לקבוע מתי נוצרו הגלקסיות הראשונות ביקום שלנו ומה הייתה השפעתן על האבולוציה הקוסמית. המאמצים האחרונים לאתר את התצורות המוקדמות הללו גילו מרחקים של עד 13 מיליארד שנות אור מכדור הארץ - כלומר כמיליארד שנה לאחר המפץ הגדול.
מכאן, מדענים מצליחים כעת ללמוד כיצד הגלקסיות המוקדמות השפיעו על החומר סביבן - בפרט, חידוש מחדש של אטומים ניטרליים. למרבה הצער, מרבית הגלקסיות המוקדמות מאוד קלושות, מה שמקשה על לימוד הפנים שלהם. אך בזכות סקר שנערך לאחרונה על ידי צוות אסטרונומים בינלאומי, נצפתה גלקסיה מאסיבית ומסיבית יותר שיכולה לספק מבט ברור כיצד הגלקסיות המוקדמות הובילו למיזוג מחדש.
המחקר שמפרט את ממצאיו, שכותרתו "מאפייני ISM של גלקסיה ענקית מכוכבת מאובקת של כוכב שהתגלה ז ~ 7 “, פורסם לאחרונה ב מכתבי העיתון האסטרופיסי.בהובלת חוקרים ממכון מקס פלאנק לאסטרונומיה ברון בבון, גרמניה, הסתמך הצוות על נתונים מטעם סקר טלסקופ הקוטב הדרומי (SPT) -SZ ו- ALMA כדי לאתר גלקסיה שהתקיימה לפני 13 מיליארד שנה (800 מיליון שנה בלבד אחרי המפץ הגדול).
בהתאם למודל המפץ הגדול של הקוסמולוגיה, אי-מחדש-מחדש מתייחס לתהליך שהתרחש לאחר התקופה המכונה "ימי הביניים האפלים". זה התרחש בין 380,000 ל -150 מיליון שנה אחרי המפץ הגדול, בו רוב הפוטונים ביקום היו באינטראקציה עם אלקטרונים ופרוטונים. כתוצאה מכך, הקרינה של תקופה זו אינה ניתנת לזיהוי על ידי המכשירים הנוכחיים שלנו - ומכאן השם.
מעט לפני תקופה זו התרחש ה"קומבינציה ", שם החלו להיווצר אטומי מימן והליום. בהתחלה מיונן (ללא אלקטרונים כבולים לגרעינים שלהם) מולקולות אלה כבשו בהדרגה יוני כאשר היקום התקרר והפך להיות ניטרלי. במהלך התקופה שלאחר מכן - כלומר בין 150 מיליון עד מיליארד שנה אחרי המפץ הגדול - החל להיווצר המבנה הגדול בקנה מידה של היקום.
מה שמקורו בכך היה תהליך ההפיכה מחדש, שם נוצרו הכוכבים והקוואזרים הראשונים וקרינתם חיאה מחדש את היקום שמסביב. לכן ברור מדוע אסטרונומים רוצים לחקור את עידן היקום הזה. על ידי התבוננות בכוכבים והגלקסיות הראשונות, ואיזו השפעה הייתה להם על הקוסמוס, אסטרונומים יקבלו תמונה ברורה יותר של איך התקופה המוקדמת הזו הובילה ליקום כפי שאנו מכירים אותו כיום.
למזלם של צוות המחקר, גלקסיות מסיביות ויצרות הכוכבים של התקופה הזו ידועות כמכילות אבק רב. בעוד שהם מאוד קלושים בפס האופטי, גלקסיות אלה פולטות קרינה חזקה באורכי גל תת-מטר, מה שהופך אותם לגילוי בעזרת טלסקופים מתקדמים של ימינו - כולל טלסקופ הקוטב הדרומי (SPT), ניסוי נתיבי הדרך של אטקמה (APEX), ומערך מיליטר גדול של אטקמה (ALMA) ).
לצורך המחקר, סטרנדט וייס הסתמכו על נתונים של ה- SPT כדי לאתר סדרה של גלקסיות מאובקות מהיקום הקדום. כפי שמריה סטרנדט ואקסל וייס ממכון מקס פלאנק לאסטרונומיה ברדיו (והסופרת הראשית וכותבי המחקר במחקר, בהתאמה) אמרו למגזין Space באמצעות הדוא"ל:
"השתמשנו באור של אורך גל של כ -1 מ"מ, אותו ניתן לראות באמצעות טלסקופים מ"מ כמו SPT, APEX או ALMA. באורך גל זה הפוטונים מיוצרים על ידי קרינה תרמית של אבק. היופי בשימוש באורך הגל הארוך הזה הוא בכך שעבור טווח משמרות אדומים גדול (הסתכל אחורה בזמן) עמעום הגלקסיות [הנגרמות] כתוצאה מהגדלת המרחק מפוצה על ידי המשמרת האדומה - כך שהעוצמה הנצפית אינה תלויה בהיסטה האדומה. הסיבה לכך היא שגלקסיות גבוהות יותר בהיסטוריה אדומה מסתכלים על אורכי גל קצרים יותר במהותם (על ידי (1 + z)) שבהם הקרינה חזקה יותר עבור ספקטרום תרמי כמו ספקטרום האבק. "
לאחר מכן הגיעו נתונים של ALMA, בהם הצוות השתמש בכדי לקבוע את מרחק הגלקסיות על ידי התבוננות באורך הגל המורחב האדום של מולקולות הפחמן החד-חמצני במדיומים הבין-כוכביים שלהם (ISM). מכל הנתונים שאספו הם הצליחו להגביל את תכונותיה של אחת מהגלקסיות הללו - SPT0311-58 - על ידי התבוננות בקווים הספקטראליים שלה. בכך הם קבעו שהגלקסיה הזו הייתה קיימת 760 מיליון שנה רק אחרי המפץ הגדול.
"מכיוון שעוצמת האות בגובה 1 מ"מ אינה תלויה בהיסטה האדומה (הסתכל אחורה בזמן), אין לנו מושג אפריורי אם אובייקט קרוב יחסית (במובן הקוסמולוגי) או בתקופת הריוניזציה," אמרו. "זו הסיבה שביצענו סקר גדול כדי לקבוע את המשמרות האדומות באמצעות פליטת קווים מולקולריים באמצעות ALMA. SPT0311-58 מתגלה כאובייקט המשמרת האדומה הגבוהה ביותר שהתגלה בסקר זה ולמעשה הגלקסיה המסיבית והמאובקת ביותר המככבת-אבקת כוכבים שהתגלתה עד כה. "
מהתצפיות שלהם הם גם קבעו כי ל- SPT0311-58 יש מסה של כ -330 מיליארד המוני שמש, שהם בערך פי 66 מגלקסיית שביל החלב (שיש בה כ -5 מיליארד המוני שמש). הם גם העריכו כי היא יוצרת כוכבים חדשים בשיעור של כמה אלפים בשנה, מה שיכול להיות המקרה לגלקסיות שכנות המתוארכות לתקופה זו.
האובייקט הנדיר והמרוחק הזה הוא אחד המועמדים הטובים ביותר שעדיין בחנו כיצד נראה היקום הקדום ואיך הוא התפתח מאז. זה בתורו יאפשר לאסטרונומים וקוסמולוגים לבדוק את הבסיס התיאורטי לתורת המפץ הגדול. כפי שסטרנדט וויז סיפרו למגזין החלל על תגליתם:
"אובייקטים אלה חשובים להבנת התפתחות הגלקסיות בכללותה מכיוון שכמויות האבק הגדולות שכבר קיימות במקור זה, 760 מיליון שנה בלבד לאחר המפץ הגדול, פירושו שמדובר באובייקט מסיבי ביותר. עצם העובדה שגלקסיות מאסיביות כל כך היו קיימות כאשר היקום עדיין היה כה צעיר מציבה אילוצים חזקים על הבנתנו את הצטברות המוני הגלקסיה. יתרה מזאת, האבק צריך להיווצר תוך זמן קצר מאוד, מה שנותן תובנות נוספות על ייצור האבק מאוכלוסיית הכוכבים הראשונה. "
היכולת להסתכל עמוק יותר בחלל, ולהתרחק אחורה בזמן, הביאה לתגליות מפתיעות רבות של איחור. ואלו בתגובה קראו תיגר על כמה מההנחות שלנו לגבי מה שקרה ביקום ומתי. ובסופו של דבר הם עוזרים למדענים ליצור תיאור מפורט ומלא יותר של ההתפתחות הקוסמית. יום אחד בקרוב, אולי אפילו נוכל לחקור את הרגעים המוקדמים ביותר ביקום, ולראות את היצירה בפעולה!
