Miksi tämä galaksi näyttää vuosiaan vanhemmalta?

Violetti sumea keskusta ympäröivällä sinisellä halo-kaasulla mustalla taustalla.

Galaxy ALESS 073.1, joka sijaitsee 12 miljardin valovuoden päässä ja syntyi, kun maailmankaikkeus oli vain 10 % nykyisestä iästään, ei ole vain suuri pullistuma vaan myös pyörivä kiekko, mikä on ristiriidassa galaksien muodostumisen yleisen käsityksen kanssa. Tämä kuva, joka on havaittu kanssaALMA-teleskooppi, on uskomattoman yksityiskohtainen sellaiselle etäisyydelle. Kuva Federico Lelli et al./UBC.

Tähtitieteilijät ovat löytäneet mahtavan yllättävän varhaisen universumin galaksin, joka näyttää kypsemmältä kuin sen pitäisi ikäänsä nähden. Neilmoittitämä tulos 11. helmikuuta 2021, mikä osoittaa, että galaksi ALESS 073.1 sijaitsee noin 12 miljardillavalovuodetpois. Tämä tarkoittaa, että näemme tämän galaksin sellaisena kuin se oli, kun maailmankaikkeus oli vain 1,2 miljardia vuotta vanha eli 10 % nykyisestä iästä. Tuolloin tähtitieteilijöiden teorioiden mukaan tämä galaksi otettaisiin huomioonnuori. Sen pitäisi olla suhteellisuusteoriaa muotoilematon. Mutta ALESS 073.1:ssä on jo suuri sisäpuolipullistuma, pyörivälevyja potentiaaliakierrevarret. Miten se sai nuo piirteet – kaikki suhteellisen kypsyyden merkit – niin varhaisessa iässä?

Tämän galaksin tutkimus olijulkaistutässä kuussavertaisarvioitupäiväkirjaTiede.

Havainnot käyttämälläALMA-teleskooppiosoittavat, että ALESS 073.1:ssä on jo kaikki ominaisuudet, joita voimme odottaa kypsältä galaksilta, mikä haastaa nykyisen käsityksemme galaksien muodostumisesta. Tämä saa tähtitieteilijät ihmettelemään, kuinka se kasvoi niin nopeasti verrattuna siihen, mitä voisimme odottaa noin lähellä maailmankaikkeuden alkua. Huomaa, että varsin kätevästi mitä kauemmaksi katsot, sitä kauemmaksi katsot myös ajassa taaksepäin (kuten aikakoneelta). Joten tällä etäisyydellä havaittu galaksi näyttää myös automaattisesti, miltä se näytti kauan sitten, ei miltä se näyttäisi nyt.

Paperin johtava kirjoittaja, tohtori Federico Lelli, joka suoritti tutkimuksen Cardiffin yliopiston fysiikan ja tähtitieteen koulussa (hän ​​on nyt Arcetri Astrophysical Observatoryssa Firenzessä), sanoi:

Havaitsimme, että massiivinen pullistuma, säännöllinen pyörivä kiekko ja mahdollisesti spiraalivarret olivat paikoillaan tässä galaksissa jo silloin, kun maailmankaikkeus oli vain 10 % nykyisestä iästään. Toisin sanoen tämä galaksi näyttää aikuiselta, mutta sen pitäisi olla olla vain pieni lapsi. Se uhmaa käsityksemme galaksien muodostumisesta.

Parrakas mies lasilla, pitelee taivaanpalloa Andromedan galaksin seinämaalauksen edessä.

Federico Lelli on johtava kirjoittaja paperille, joka havaitsi varhaisen universumin galaksin olevan paljon odotettua kehittyneempi. Kuvan kauttalellifederico.com.



Varhaisen universumin galaksien uskotaan käyvän läpi massiivisen tähtien muodostumisen ja niissä tapahtuu rajusti myrskyisiä asioita. Tämä saisi ne näyttämään kaoottisilta, ilman erityistä rakennetta, ja varsinkaan ei mitään hyvin organisoituja kierrevarsia. Sitten ajan kuluessa, miljardeissa vuosissa, asiat rauhoittuisivat ja galaksit eivät enää olisi niin dynaamisesti rajuja, vaan muuttuisivat vakaammiksi kokonaisuuksiksi, joilla on tunnistettavissa olevat muodot ja rakenteet, joita näemme tämän päivän galakseissa.

Sisägalaksin pullistuma (muistuttaa paistetun kananmunan keltuaista) sisältää pääasiassa vanhoja tähtiä, eikä siinä ole juurikaan meneillään uusien tähtien muodostumista. Tähän asti uskoimme, että pullistumat muodostuvat hitaasti, kun pienemmät galaksit tulevat suuremmasta galaksista ja sulautuvat siihen, ja itse galaksissa olevien sisäisten prosessien kautta ajan kuluessa ja tähdet vanhenevat. (Paljon vanhemmissa galakseissa ei ole levyjä, mutta ne ovat kehittyneetelliptisiä galakseja, joka koostuu pääasiassa pelkästä pullistumasta.)

Spiraaligalaksi näkyy kirkkaana keskusvalona ja sitä ympäröivinä spiraalivarsina, jonka vasemmalla puolella on epäsäännöllinen (kirkas valo) galaksi.

Spiraaligalaksi M51, esimerkki kiekkogalaksista, jonka keskellä on pullistuma ja kierrevarret ympäröivän levyn päällä. Kuva: K. Rhode/ M. Young/ NOAO/NOIRlab.

Toisin sanoen ymmärryksemme mukaan nuorella galaksilla ei pitäisi olla suurta pullistumaa ja tavallista levyä vielä pitkään aikaan. Mutta ALESS 073.1:ssä on molemmat, noin puolet sen tähdistä pullistumassa ja ehkä jopa kierrevarret päällekkäin sen odottamattomalla levyllä.

Tämä tarkoittaa, että galaksien muodostuminen voi olla paljon nopeampi prosessi kuin aiemmin uskottiin ja että valtava pullistuma voi muodostua paljon nopeammin kuin uskottiin.

Saatat kysyä, kuinka voimme nähdä, että ALESS 073.1:ssä on levy, katsomalla tämän artikkelin kuvia?

Möykky, punainen toisella puolella ja sininen toisella, mustalla pohjalla.

ALESS 073.1:n niin kutsuttu 'kiertokartta'. Värit osoittavat, kuinka galaksin kaasu liikkuu. Punainen alue näkyypunasiirtymäkaasu, eli kaasu liikkuu pois meistä ja sininen alue on kaasua, joka liikkuu meitä kohti, mikä tarkoittaa, että galaksi pyörii. Kuva Federico Lelli et al./UBC.

Kun ajattelemme kuvia, jotka menevät todella kauas avaruudessa ja ajassa taaksepäin, ajattelemme usein kuvia, kuten Hubble Deep Field -kenttiä, joita havaittiin optisessa ja infrapunavalossa. Mutta nämä kuvat havaittiinSIELU, lyhenne sanoista Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, joka sijaitsee Andeilla Pohjois-Chilessä. ALMA näyttää mikroaaltoalueeltasähkömagneettinen spektri, radion ja infrapunan välillä, eli optista valoa pidemmillä aallonpituuksilla. Tämä on hyödyllistä, koska erityyppiset kaukoputket voivat selvittää eri asioita havainnoimistaan. Voit esimerkiksi mitata kuinka kaasuliikkuugalakseissa tämän tyyppisellä kaukoputkella. Joten nämä tähtitieteilijät mittasivat kaasun ja pölyn liikkeen galaksissa löytääkseen pyörivän kiekon ja mallinsivat sitten massajakauman galaksissa mitatakseen massiivisen tähtien pullistuman.

Jos katsot yllä olevaa kuvaa, toinen puoli on punainen ja toinen sininen. Nämä eivät ole todellisia värejä, vaan esitys siitä, miten galaksi pyörii: punainen alue näyttää kaasua, jonka emissio onpunasiirtymä, mikä tarkoittaa, että se siirtyy pois meistä ja sininen alue ilmaisee kaasua, joka on sinisiirtynyt (sama ilmiö kuin punasiirtymä, mutta toiseen suuntaan), eli se liikkuu meitä kohti. Kun tällainen liike jatkuu, voimme nähdä, että galaksi pyörii. Ja kun on pyörimistä, fysiikka kertoo meille, että siellä on myös levy.

Lautasantennit tuijottavat tähtien täyttämää taivasta.

Chilen Andeilla sijaitsevaa ALMA-teleskooppia käytettiin mittaamaan kaasun liikkeitä galaksissa ALESS 073.1, ja sen havaittiin olevan kehittyneempi kuin sen 'pitäisi' olla. Tämä teleskooppi koostuu 66 lautasantennista, joista suurin osa on halkaisijaltaan 12 metriä (40 jalkaa), ja se tarkkailee antennin millimetri- ja submillimetriä.sähkömagneettinen spektri. Kuvan kauttaNRAO.

Tämä ei kuitenkaan ole ensimmäinen tutkimus, joka osoittaa, että alkuperäisgalaksit ovat kypsempiä kuin uskotaan. Viime lokakuussa toinen ALMA-projekti, nimeltäänALPINE, vahvisti tämän ajatuksen. Tutkimukseen osallistuneet tähtitieteilijät etsivät itse asiassa jotain erilaista; universumin varhainen kasvuspurtti galakseissa. He olivat yhtä hämmästyneitä, kun he huomasivat, että jopa 20 % heidän tutkimistaan ​​118 galaksista oli paljon odotettua kypsempiä!

kaksi aluetta keltaisia ​​ja punaisia ​​läiskiä mustalla taustalla.

Nämä ovat kaksi galaksia, joissa keltainen väri osoittaa, että pölyä on paljon odotettua enemmän, ja punainen kaasu paljastaa tähtien muodostumisen ja liikkeen. Nämä havainnot tarjoavat enemmän todisteita siitä, että galaksit muodostuivat aikaisemmin kuin uskottiin. Kuva ALPINE-tiimin kautta/SIELU.

Tässä tapauksessa johtopäätös tehtiin mittaamalla paljon enemmän pölyä ja raskaita alkuaineita kuin näissä galakseissa oli odotettua. Pöly ja raskaat alkuaineet (vetyä ja heliumia raskaammat atomit) eivät näy tähtien elinkaaren lopussa, jolloin ne muodostuvat. Tuossa varhaisessa iässä maailmankaikkeudella ei luultavasti ollut vielä tarpeeksi aikaa rakentaa niin monta tähteä, joten ympärillä ei pitäisi olla niin paljon pölyä ja raskaita elementtejä! Ja silti oli, mikä osoitti, että galaksit olivat kypsempiä kuin luulimme.

Tämä video selittää ALPINE-tiimin havainnot:

Bottom line: Tähtitieteilijät ovat havainneet galakseja varhaisessa universumissa, jolloin maailmankaikkeus oli vain 10 % nykyisestä iästään, ja jotka ovat paljon kehittyneempiä kuin odotettiin. Tämä muuttaa nykyistä käsitystämme galaksien muodostumisesta radikaalisti ja osoittaa, että galaksit kehittyvät paljon nopeammin kuin aiemmin uskottiin.

Lähde: Massiivinen tähtien kohouma säännöllisesti pyörivässä galaksissa 1,2 miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen

Brittiläisen Kolumbian yliopiston kautta

EarthSkyn kuukalenteri näyttää kuun vaiheen joka päivälle vuonna 2021. Tilaa omasi ennen kuin ne ovat poissa!