Masywne galaktyki wczesnego Wszechświata w objęciach ciemnej materii

Astronomowie przypuszczają, że pierwsze z galaktyk powstających w dawnym Wszechświecie mogą być bardzo podobne do obserwowanych dziś w naszym otoczeniu tak zwanych galaktyk karłowatych. Te wczesne zgrupowania miliardów gwiazd mogły z czasem stać się składnikami większych galaktyk, jakie zdominowały Wszechświat po pierwszych kilku miliardach lat jego istnienia.

Radioteleskopy sieci ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) odkryły jednak jeszcze ciekawsze obiekty wczesnego Kosmosu: wielkie i masywne galaktyki wypełnione gwiazdami. Nie byłoby w tym może nic dziwnego, ale datuje się je na czas, gdy Wszechświat liczył sobie mniej niż miliard lat. Oznacza to, że te mniejsze galaktyki mogły zacząć grupować się w większe dużo wcześniej niż dotychczas sądzono. Znaleziono dwie olbrzymie galaktyki istniejące w czasie, gdy Kosmos miał jedynie 780 milionów lat. To mniej więcej 5% jego obecnego wieku!

Dzięki sieci ALMA wiemy także, że te wielke i prawdawne galaktyki były osadzone w jeszcze większej kosmicznej strukturze - halo ciemnej materii o całkowitej masie kilka trylionów razy większej od masy Słońca. Na otrzymanym "zdjęciu" - obrazie radiowym znajdują się tak blisko siebie, że wkrótce potem musiały się połączyć i ostatecznie utworzyć największą galaktykę, jaka istniała w tamtej epoce kosmologicznej. To odkrycie mówi nam bardzo wiele o tworzeniu się największych z galaktyk, oraz roli, jaką odgrywała w tym ciemna materia.

Epoka, o której mowa, to tak zwana Epoka Rejonizacji Wszechświata. Wówczas większość przestrzeni międzygalaktycznej była przesłonięta nieprzejrzystą "mgłą" z zimnego gazu wodorowego. W miarę formowania się większej liczby gwiazd i galaktyk ich energia ostatecznie zjonizowała ten wodór, ujawniając obserwowany dziś Wszechświat. Nie wiedzieliśmy jednak dotąd, że pierwsze z wielkich galaktyk powstały w nim aż tak wcześnie.

Pradawną parę galaktyk oznaczoną jako SPT0311-58 pierwotnie zidentyfikowano jako pojedynczy obiekt - bardzo odległy i jasny na falach podczerwonych. Naukowcy sądzili, że skrywał się on pod grubą warstą pyłu i przechodził przez fazę intensywnego formowania się nowych gwiazd. Późniejsze obserwacje z udziałem ALMA ujawniły jego prawdziwą naturę: to dwie bliskie i oddziaływujące ze sobą galaktyki. Pomogło w tym bardzo zjawisko soczewkowania grawitacyjnego, które doprowadziło do powiększenia otrzymanego obrazu. Dzięki temu astronomowie mogli wyznaczyć stosunek mas galaktyk i ich tempa formacji gwiazdowej. Okazuje się, że masowe powstawanie nowych gwiazd w większej z galaktyk zostało najprawdopodobniej wywołane jej bliskim z kontaktem z nieco tylko mniej masywną towarzyszką.

Naukowcy zauważyli, że obie galaktyki są mniej uporządkowane niż te, które widzimy dziś w pobliskim Wszechświecie. Ich fantazyjne kształty mogą być efektem ogromnych ilości opadającego na nie gazu, a także ich ciągłymi interakcjami i fuzjami z innymi galaktykami. Nowe obserwacje pozwoliły także na stwierdzenie obecności bardzo masywnego halo ciemnej materii otaczającego obie galaktyki. To właśnie ciemna materia generuje przyciąganie grawitacyjne, dzięki któremu materia Wszechświata skupia się z czasem w większe struktury (galaktyki, grupy i gromady galaktyk). W przypadku SPT0311-58 naukowcy mogli porównać bezpośrednie obserwacje takiego halo z wynikami dawanymi przez współczesne modele kosmologiczne. Okazało się, że halo to jest jednym z najbardziej masywnych, jakie miały prawa zaistnieć w tak odległej epoce.

Naukowcy mają teraz nadzieję na znalezienie większej ilości obiektów tego rodzaju.

Czytaj więcej:


Źródło: NRAO

Zdjęcie: NRAO/AUI/NSF; D. Berry