Галактики, подобные нашему Млечному Пути с его 100 миллиардами звезд, обычно не встречаются изолированно. Сегодня во Вселенной, через 13,8 миллиарда лет после Большого взрыва, многие находятся в плотных скоплениях из десятков или даже сотен галактик.Однако эти скопления существовали не всегда, и ключевой вопрос современной космологии заключается в том, как такие массивные структуры собирались в ранней Вселенной.Точное определение того, когда и как они образовались, должно дать представление о процессе эволюции скоплений галактик, включая роль темной материи в формировании этих космических мегаполисов.
Теперь, используя объединенные возможности космической обсерватории Гершеля и спутника Planck, астрономы обнаружили объекты в далекой Вселенной, которые были видны в то время, когда ей было всего три миллиарда лет, и которые могут быть предшественниками скоплений, наблюдаемых вокруг нас сегодня.«Поскольку мы смотрим так далеко назад во времени, и поскольку предполагается, что Вселенная однородна во всех направлениях, мы думаем, что это очень похоже на то, как можно смотреть на эквивалент того, как могло бы выглядеть детское скопление», — сказала Бренда Л. Фрай. , ассистент астронома Стюардской обсерватории Аризонского университета, принимавший участие в исследовании.
«В отличие от предыдущих наблюдений, для которых были найдены один или два нечетных кластера детенышей, которые можно было бы поместить в зоопарк, теперь мы нашли реальный образец из 200 кластеров детенышей».Основная цель космической обсерватории Planck, управляемой Европейским космическим агентством, состояла в том, чтобы предоставить наиболее точную карту реликтового излучения Большого взрыва — космического микроволнового фона. Для этого он обследовал все небо в девяти различных длинах волн от дальнего инфракрасного до радио, чтобы исключить излучение переднего плана от нашей галактики и других галактик во Вселенной.Но эти источники на переднем плане могут быть важны в других областях астрономии, и именно с помощью коротковолновых данных Planck ученые смогли идентифицировать 234 ярких источника с характеристиками, которые предполагали, что они были расположены в далекой, ранней Вселенной.
Другая космическая обсерватория — Herschel — затем наблюдала эти объекты в диапазоне длин волн от дальнего инфракрасного до субмиллиметрового (немного короче микроволн), но с гораздо более высокой чувствительностью и угловым разрешением. Гершель обнаружил, что подавляющее большинство обнаруженных Планком источников соответствуют плотным скоплениям галактик в ранней Вселенной, активно формирующим новые звезды.Видно, что каждая из этих молодых галактик превращает газ и пыль в звезды со скоростью от нескольких сотен до 1500 раз больше массы нашего Солнца в год.
Для сравнения: наша собственная галактика Млечный Путь сегодня производит звезды в среднем в одну солнечную массу в год.«Неизвестно, образуют ли молодые галактики звезды постепенно, как марафонцы, шагающие сами по себе, или скачками», — сказал Фрай. «Оказывается, эти молодые галактики формировались не медленно, а драматично. Освещаясь звездообразованием, они выглядят как фейерверк, взрывающийся в небе.
Это похоже на спринт первой мили 26-мильного марафона, а затем на ходьбу. остаток пути ".Из-за большого расстояния астрономы не смогут увидеть эти «фейерверки» в одиночных галактиках, но поскольку большинство из них происходит в скоплениях, они кажутся яркими. Однако кое-где они обнаружили одиночные галактики, которые оказались намного ярче, чем следовало бы.«В небольшом количестве случаев мы находим только один объект вместо кластера, который мы не должны видеть, поэтому здесь есть еще одна загадка», — сказал Фрай.
Фрай, эксперт по гравитационному линзированию, был приглашен присоединиться к исследовательской группе, чтобы изучить те редкие случаи «таинственных галактик-фейерверков».«Ответ заключается в том, что эти объекты освещаются тем, что вы могли бы назвать естественным телескопом в космосе», — объяснила она. «В некоторых случаях мы можем видеть отдельные далекие галактики, загорающиеся звездообразованием, потому что они расположены прямо на правильном луче зрения, где их свет проходит через массивные скопления галактик недалеко от Земли».Согласно общей теории относительности Эйнштейна, скопление на переднем плане отклоняет свет от галактики заднего плана из-за своей гравитации, в результате чего изображение далекой галактики становится более ярким.
«Почему мы находим эти загадочные примеры одиночных, когда они должны быть в кластерах, — это то, что мы изучаем здесь, в UA», — сказал Фрай. «Это могут быть более слабые примеры в целом, или у них тоже могут быть друзья, которые еще не включили свои фейерверки».Фрай воспользовался преимуществами спектрографа под названием Hectospec в обсерватории MMT, партнерства между UA и Смитсоновским институтом астрофизики.«Hectospec действует как призма, разбивая излучения, исходящие от этих протогалактик, в радугу света, поэтому мы можем очень быстро изучить эти действительно интересные объекты, которые, возможно, очень напоминали то, как мог выглядеть Млечный Путь ранее в космической истории. . "«Ключевой особенностью, которая отличает наш инструмент от остального мира, является то, что мы можем получать спектры 300 объектов одновременно», — сказал Фрай.Хотя астрономы еще не окончательно установили возраст и светимость многих из этих недавно обнаруженных далеких скоплений галактик, они являются лучшими кандидатами на роль «протокластеров» — предшественников больших зрелых скоплений галактик, которые мы видим во Вселенной.
Cегодня.«Намеки на такие объекты были ранее обнаружены в данных, полученных с помощью телескопов Herschel и других телескопов, но способность Планка использовать все небо открыла нам гораздо больше кандидатов для изучения», — сказал Эрве Доул из Institut d’Astrophysique Spatiale в Орсе.
Франция, ведущий научный сотрудник анализа, опубликованного в журнале Astronomy Астрофизика. «Нам еще многое предстоит узнать об этой новой популяции, что требует дальнейших исследований с другими обсерваториями. Но мы считаем, что они являются недостающим элементом формирования космологической структуры».
«Сейчас мы готовим расширенный каталог возможных протокластеров, обнаруженных Планком, который должен помочь нам идентифицировать еще больше этих объектов», — добавил Людовик Монтье из Института исследований в области астрофизики и планетологии в Тулузе, Франция, который является ведущим специалистом. ученый из каталога Planck кандидатов в источники с большим красным смещением, который вот-вот будет представлен сообществу.