Эти результаты убедительно свидетельствуют о том, что через 1,2 миллиарда лет после Большого взрыва сгустки галактик в молодой Вселенной вырастают и превращаются в большие галактики в результате слияний, которые затем вызывают активное звездообразование. Это исследование проводилось в рамках казначейской программы космического телескопа Хаббл (HST) «Обзор космической эволюции (COSMOS)».
Мощные исследовательские возможности телескопа Субару предоставили основную базу данных объектов-кандидатов в ранней вселенной для этого исследовательского проекта.Важность изучения ранних галактик
В нынешней Вселенной, через 13,8 миллиарда лет после Большого взрыва, есть много гигантских галактик, таких как наш Млечный Путь, который содержит около 200 миллиардов звезд в диске в сто тысяч световых лет в поперечнике. Однако в эпоху сразу после Большого взрыва точно не было таких галактик.
Догалактические сгустки, похоже, образовались во Вселенной примерно через 200 миллионов лет после Большого взрыва. Это были облака холодного газа, которые в 100 раз меньше нынешних гигантских галактик, а их масса в миллион раз меньше. Первые галактики образовались, когда в этих сгустках газа родились первые звезды. Эти маленькие галактические сгустки затем непрерывно сливались с окружающими сгустками и в конечном итоге превратились в большие галактики.
В рамках глубоких исследований было приложено много усилий для обнаружения галактик, активно формирующих звезды в молодой Вселенной. В результате теперь известно, что расстояние до самых ранних галактик составляет более 13 миллиардов световых лет. Мы видим их в то время, когда возраст Вселенной составлял всего 800 миллионов лет (или около 6% от нынешнего возраста).
Однако, поскольку большинство галактик в молодой Вселенной были довольно маленькими, их детальная структура еще не наблюдалась.
Изучение молодой Вселенной с помощью телескопа Субару и космического телескопа ХабблВ то время как широкое поле зрения телескопа Субару сыграло важную роль в обнаружении таких молодых галактик, космический телескоп Хаббла (HST) с высоким пространственным разрешением необходим для исследования деталей их формы и внутренней структуры.
Исследовательская группа оглянулась на точку 12,6 миллиарда лет назад, используя двусторонний подход. Первым шагом было использование телескопа Subaru для глубокого обзора для поиска ранних галактик, а затем последующее изучение их формы с помощью усовершенствованной камеры для обзоров (ACS) на борту HST. ACS выявила 8 из 54 галактик с двухкомпонентными структурами, в которых две галактики, похоже, сливаются друг с другом (Примечание 1).
Затем возник вопрос, действительно ли остальные 46 галактик являются одиночными галактиками. Здесь исследовательская группа задалась вопросом, почему многие из этих галактик показывают удлиненные формы на изображениях HST / ACS. Это связано с тем, что такие удлиненные формы вместе с положительной корреляцией между эллиптичностью (Примечание 2) и размером настоятельно предполагают возможность того, что две маленькие галактики находятся так близко друг к другу, что их нельзя разделить на две отдельные галактики даже с помощью ACS.
Чтобы проверить, жизнеспособна ли идея тесно переполненных галактик, исследователи провели так называемое компьютерное моделирование методом Монте-Карло. Сначала группа поместила два идентичных искусственных источника в случайные места с различным угловым удалением на реальное наблюдаемое изображение ACS. Затем группа попыталась извлечь изображения с помощью того же метода, который использовалась для фактического наблюдаемого изображения ACS, и измерила их эллиптичность и размеры.Смоделированное распределение очень хорошо воспроизводит наблюдаемые результаты.
То есть большинство галактик, которые наблюдались как отдельные источники на изображениях HST / ACS, на самом деле являются двумя сливающимися галактиками. Однако расстояния между двумя сливающимися галактиками настолько малы, что их невозможно разрешить в пространстве даже с высоким разрешением HST!Если эта идея верна для галактик, которые кажутся одиночными, то можно предположить, что галактики с самым высоким уровнем активности имеют наименьшие размеры.
Это ожидается, потому что наименьшие размеры подразумевают наименьшее расстояние между двумя сливающимися галактиками. Если это так, такие галактики испытали бы интенсивную активность звездообразования, вызванную их слиянием.С другой стороны, некоторые галактики с наименьшими размерами представляют собой умеренно разделенные пары, но наблюдаются вдоль луча зрения или представляют собой одиночные изолированные галактики, образующие звезды. Это в основном то же самое, что и галактики большого размера.
Исследовательская группа подтвердила, что наблюдаемая связь между активностью звездообразования и размером последовательно объясняется идеей команды.К настоящему времени формы и структуры малых молодых галактик исследованы с помощью ACS на HST.
Если источник обнаруживался как одиночный источник ACS, он рассматривался как единая галактика и оценивались его морфологические параметры. Это исследование предполагает, что такая маленькая галактика может состоять из двух (или, возможно, больше) взаимодействующих / сливающихся галактик, расположенных так близко друг к другу, что их невозможно разрешить даже с высоким угловым разрешением ACS.Взгляд в будущее изучения прошлогоСовременные теории образования галактик предсказывают, что маленькие галактики в молодой Вселенной эволюционируют в большие галактики в результате последовательных слияний.
Остается вопрос: каков следующий шаг в наблюдательных исследованиях образования галактик в молодой Вселенной? Это одна из пограничных областей, которая требует будущих "супертелескопов", например Тридцатиметровый телескоп (TMT) и космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST).
Они сделают возможным следующий прорыв в изучении формирования и эволюции ранних галактик.Примечание:1. Средний размер (то есть средний диаметр круга, охватывающего половину всего света галактики) отдельных малых галактик составляет около 5,5 тысяч световых лет (kly). Среднее расстояние между двумя маленькими галактиками, которое является прогнозируемым расстоянием на небе, составляет 13 тысяч световых лет (13000 световых лет).
2. Эллиптичность определяется как 1 — b / a, где a и b представляют собой большой и малый радиусы эллипса. В случае круга эллиптичность равна нулю, потому что a равно b. Более удлиненная форма приводит к большей эллиптичности.