Po celá desetiletí se astronomové pokoušeli vidět co nejdále do hlubokého vesmíru. Astrofyzici a kosmologové doufají, že pozorováním kosmu, jak tomu bylo krátce po velkém třesku, dozvědí vše, co mohou o raném formování vesmíru a jeho následném vývoji. Díky nástrojům, jako je např Hubbleův vesmírný dalekohled , astronomové byli schopni vidět části vesmíru, které byly dříve nepřístupné.
Ale ani ctihodný HST není schopen vidět vše, co se dělo během raného vesmíru. S využitím kombinované síly některých nejnovějších astronomických observatoří z celého světa však tým mezinárodních astronomů pod vedením Tokijské univerzity Astronomický ústav pozorováno 39 dříve neobjevené starověké galaxie , nález, který by mohl mít zásadní důsledky pro astronomii a kosmologii.
Tým stojící za objevem zahrnoval členy z Tokijského univerzitního astronomického institutu, Francouzského národního centra pro vědecký výzkum (CNRS), Anhui Normal University v Číně, University of Ludwig-Maximilians v Mnichově, Národní astronomické observatoře Číny a Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) na Tchaj-wanu. Jejich výzkum se objevil v čísle 7. srpna Příroda .
Umělecký dojem z galaxií detekovaných ALMA, jak se objevují ve velmi raném, velmi vzdáleném vesmíru. Kredit: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello
Pozorování „neviditelného“
Zjednodušeně řečeno, nejstarší možné galaxie ve vesmíru zůstaly až doteď neviditelné, protože jejich světlo je velmi slabé a vyskytuje se na dlouhých vlnových délkách, které HST nedetekuje. Tým se proto obrátil na Atacama Large Millimeter/submilimeter Array (ALMA), jejíž dalekohledy jsou optimalizovány pro pozorování tohoto druhu světla.
Objev, který byl výsledkem, byl nejen bezprecedentní, ale objev tolika galaxií tohoto typu popírá současné kosmologické modely. Jak říká Tao Wang, výzkumník z AISAA a spoluautor studie, vysvětlil :
„Je to poprvé, co byla potvrzena tak velká populace masivních galaxií během prvních 2 miliard let 13,7 miliard let života vesmíru. Ty byly dříve pro nás neviditelné. Toto zjištění je v rozporu se současnými modely pro toto období kosmického vývoje a pomůže přidat některé detaily, které dosud chyběly.'
Tyto galaxie, ačkoli byly v té době největší existující, bylo stále velmi obtížné zaznamenat. Mnoho důvodů souvisí s tím, do jaké míry bylo jejich světlo roztaženo expanzí vesmíru. V každodenní astronomii je tento jev známý jako rudý posuv, kdy expanze prostoru (Hubbleova konstanta) způsobuje prodloužení vlnové délky světla a posunuje ji směrem k červenému konci spektra.
To astronomům umožňuje nejen říci, jak je objekt vzdálený, ale také jak tento objekt vypadal v minulosti. Ale když se podíváme do nejranější epochy vesmíru (před více než 13 miliardami let), nesmírná vzdálenost prodlužuje vlnovou délku viditelného světla do bodu, kdy již není v oblasti viditelného světla a stává se infračerveným.
Spitzerův vesmírný dalekohled NASA zachytil tento úžasný infračervený snímek středu galaxie Mléčná dráha, kde sídlí černá díra Sagitarrius A. Poděkování: NASA/JPL-Caltech
Dalším důvodem, proč je obtížné tyto galaxie odhalit, je to, že větší galaxie mají tendenci být zahaleny prachem, zvláště když jsou stále v raných částech svého formování. To má tendenci je zatemňovat více než jejich menší galaktické protějšky. Z těchto důvodů existovalo určité podezření, že tyto galaxie nejsou tak staré, jak tým navrhoval. Jako Wang uvedeno :
„Bylo těžké přesvědčit naše vrstevníky, že tyto galaxie jsou tak staré, jak jsme je předpokládali. Naše počáteční podezření o jejich existenci pochází z infračervených dat Spitzerova vesmírného dalekohledu. Ale ALMA má ostré oči a odhalila detaily na submilimetrových vlnových délkách, což je nejlepší vlnová délka pro pozorování přes prach přítomný v raném vesmíru. I tak bylo potřeba dalších dat z imaginárně pojmenovaného Very Large Telescope v Chile, abychom skutečně dokázali, že vidíme starověké masivní galaxie tam, kde předtím žádná nebyla.
Co to znamená pro astronomii?
Vzhledem k tomu, že objev těchto galaxií vzdoruje našim současným kosmologickým modelům, zjištění týmu přirozeně mají pro astronomy některé významné důsledky. Jak Kotaro Kohno, profesor Astronomického ústavu a spoluautor studie, vysvětlil :
'Čím hmotnější je galaxie, tím hmotnější je supermasivní černá díra v jejím srdci.' Takže studium těchto galaxií a jejich evoluce nám také řekne více o evoluci supermasivních černých děr,“ dodal Kohno. 'Masivní galaxie jsou také úzce spojeny s distribucí neviditelné temné hmoty.' To hraje roli při utváření struktury a rozložení galaxií. Teoretickí výzkumníci nyní budou muset aktualizovat své teorie.'
Starověké galaxie ze studie jsou viditelné pro ALMA (vpravo), ale ne pro Hubble (vlevo). Kredit: Wang (et al.) 2019
Dalším zajímavým zjištěním bylo, jak se těchto 39 starověkých galaxií liší od našich. Pro začátek, tyto galaxie měly vyšší hustotu hvězd než dnešní Mléčná dráha; což znamená, že pokud by naše galaxie byla podobná, pozorovatelé hvězd by viděli něco velmi odlišného, když by se podívali na noční oblohu.
'Za prvé, noční obloha by vypadala mnohem majestátněji.' Větší hustota hvězd znamená, že blízko by bylo mnohem více hvězd, protože by vypadaly větší a jasnější,“ řekl Wang. 'Ale naopak, velké množství prachu znamená, že vzdálenější hvězdy by byly mnohem méně viditelné, takže pozadí těchto jasných blízkých hvězd může být obrovská temná prázdnota.'
Protože je to poprvé, co byla galaktická populace tohoto druhu objevena, astronomové se těší, co dalšího by mohli objevit. V současné době ani ALMA není dostatečně sofistikovaná, aby prozkoumala chemické složení a hvězdné populace těchto galaxií. Observatoře nové generace však budou mít rozhodnutí pro astronomy provést tyto studie.
Patří mezi ně vesmírný dalekohled Jamese Webba, jehož start je v současnosti plánován na rok 2021. Pozemní observatoře, jako je Extremely Large Telescope (ELT) ESO, Třicetimetrový dalekohled (TMT) a Obří Magellanův dalekohled (GMT) pravděpodobně také hrají zásadní roli.
Je to vzrušující čas pro astronomy a kosmology. Stále tak pomalu odlupují další vrstvu vesmíru, aby viděli, jaká tajemství se pod nimi skrývají!
Další čtení: Tokijská univerzita