Η ανακάλυψη «κρυμμένων» αρχαίων γαλαξιών μπορεί να επαναπροσδιορίσει την κατανόησή μας για το Σύμπαν

Η ανακάλυψη 39 «κρυμμένων» αρχαίων γαλαξιών παροτρύνει τους επιστήμονες να επανεξετάσουν τις θεωρίες τους για τις θεμελιώδεις πτυχές του Σύμπαντος — συμπεριλαμβανομένων των υπερμεγέθων μαύρων οπών, των ρυθμών σχηματισμού άστρων και της διαρκώς άπιαστης, σκοτεινής ύλης.

Σε μια άνευ προηγουμένου ανακάλυψη αστρονόμων, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη συνδυασμένη δύναμη ενός πλήθους παρατηρητηρίων σε όλο τον κόσμο για να ανακαλύψουν μια τεράστια σειρά 39 κρυμμένων γαλαξιών που είχαν προηγουμένως κρυφτεί.

Το εύρημα - που περιγράφεται από τους ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Τόκιο ως «θησαυρός» - είναι οι πρώτες πολλαπλές ανακαλύψεις αυτού του είδους. Αλλά το εύρημα είναι σημαντικό για περισσότερα από το μέγεθός του μόνο.

Εκτός από τον πλούτο των αρχαίων γαλαξιών που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα, η αφθονία αυτού του συγκεκριμένου τύπου γαλαξιών υποδηλώνει ότι οι επιστήμονες μπορεί να χρειαστεί να βελτιώσουν τα τρέχοντα μοντέλα του σύμπαντος.

Αυτό συμβαίνει επειδή η τρέχουσα κατανόησή μας για το σύμπαν και το πώς σχηματίστηκε βασίζεται σε παρατηρήσεις γαλαξιών στο υπεριώδες φως. Ωστόσο, οι παρατηρήσεις σε αυτά τα μήκη κύματος υποεκπροσωπούν τους πιο ογκώδεις γαλαξίες — αυτούς με υψηλή περιεκτικότητα σε σκόνη και, κυρίως, τους αρχαιότερους.

Αυτό σημαίνει ότι μια ανακάλυψη τέτοιων γαλαξιών - όπως αυτός που μόλις έγινε - πρέπει να μας αναγκάσει να επανεξετάσουμε τους ρυθμούς σχηματισμού άστρων στο πρώιμο σύμπαν. Η μελέτη εξηγεί ότι ο πληθυσμός των αστεριών που ανακαλύφθηκαν μπορεί να σημαίνει ότι οι ρυθμοί σχηματισμού άστρων ήταν στην πραγματικότητα δέκα φορές μεγαλύτεροι στις πρώιμες εποχές από ό,τι είχαν γίνει προηγούμενες εκτιμήσεις.

Υπάρχουν επίσης ιδιαίτερες συνέπειες για την κατανόησή μας τόσο για τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες όσο και για την κατανομή τους, καθώς και για την έννοια της σκοτεινής ύλης — της άπιαστης ουσίας που αποτελεί το 80% της ύλης στο σύμπαν.

Παρά τον πλούτο των αστρονομικών δεδομένων που έχουν γίνει διαθέσιμα στους επιστήμονες από την εκτόξευση του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble, οι ερευνητές στο Ινστιτούτο Αστρονομίας στο Toyko γνώριζαν ότι υπήρχαν πράγματα που το Hubble απλά δεν μπορούσε να μας δείξει. Αυτά ήταν τα πράγματα - θεμελιώδη κομμάτια του κοσμικού παζλ - που ήθελαν να διερευνήσουν.

Το πέτυχαν ενοποιώντας διαφορετικά παρατηρητήρια, χρησιμοποιώντας τα για να κοιτάξουν πιο βαθιά στο Σύμπαν από ό,τι θα μπορούσε να κάνει μόνο το Hubble. Αυτό τους οδήγησε σε αυτήν την τεράστια συλλογή γαλαξιών.

Ο ερευνητής Tao Wang περιγράφει τη μοναδικότητα και το μέγεθος της ανακάλυψης της ομάδας:«Είναι η πρώτη φορά που επιβεβαιώθηκε ένας τόσο μεγάλος πληθυσμός τεράστιων γαλαξιών κατά τη διάρκεια των πρώτων δύο δισεκατομμυρίων ετών της 13,7 δισεκατομμυρίων ετών ζωής του σύμπαντος.

"Αυτά ήταν στο παρελθόν αόρατα σε εμάς."

Ο Wang συνεχίζει:«Αυτό το εύρημα έρχεται σε αντίθεση με τα τρέχοντα μοντέλα για εκείνη την περίοδο της κοσμικής εξέλιξης και θα βοηθήσει να προστεθούν κάποιες λεπτομέρειες, που έλειπαν μέχρι τώρα».

Μια διαφορετική άποψη του σύμπαντος

Ο Wang εξηγεί ότι αν μπορούσαμε να δούμε αυτούς τους γαλαξίες και το φως που ρίχνουν, η άποψή μας από τον Γαλαξία θα ήταν σημαντικά διαφορετική:«Πρώτον, ο νυχτερινός ουρανός θα φαινόταν πολύ πιο μεγαλοπρεπής. Η μεγαλύτερη πυκνότητα των αστεριών σημαίνει ότι θα υπάρχουν πολλά περισσότερα αστέρια κοντά, όταν φαίνονται μεγαλύτερα και φωτεινότερα.

"Αλλά αντίστροφα, η μεγάλη ποσότητα σκόνης σημαίνει ότι τα μακρινά αστέρια θα ήταν πολύ λιγότερο ορατά, επομένως το φόντο αυτών των φωτεινών κοντινών αστεριών μπορεί να είναι ένα τεράστιο σκοτεινό κενό."

Οι γαλαξίες ήταν δύσκολο να φανούν από τη Γη λόγω του πόσο αμυδρά είναι. Αν μπορούσαμε να δούμε αυτά τα αστέρια, η πυκνότητά τους θα έκανε τον νυχτερινό ουρανό μαγευτικό, λέει ο Wang.

Το φως από αυτούς τους γαλαξίες πρέπει επίσης να πολεμήσει την εξαφάνιση - την απορρόφηση του φωτός) με παρεμβαλλόμενα διαστρικά σύννεφα σκόνης. Το φως από τους γαλαξίες πρέπει επίσης να διανύσει μεγάλες αποστάσεις, πράγμα που σημαίνει ότι το μήκος κύματος μετατοπίζεται στο κόκκινο λόγω της διαστολής του σύμπαντος, καθιστώντας το ακόμη λιγότερο ορατό.

Ο καθηγητής Kotaro Kohno εξηγεί ότι αυτό το φαινόμενο είναι ο τρόπος με τον οποίο οι γαλαξίες διέφυγαν από το βλέμμα του Hubble:«Το φως από αυτούς τους γαλαξίες είναι πολύ αχνό με μεγάλα μήκη κύματος αόρατα στα μάτια μας και μη ανιχνεύσιμο από το Hubble.

«Έτσι, στραφήκαμε στη συστοιχία Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), η οποία είναι ιδανική για προβολή αυτού του είδους των πραγμάτων. Έχω μακρά ιστορία με αυτήν την εγκατάσταση και έτσι ήξερα ότι θα έδινε καλά αποτελέσματα.»

Ωστόσο, αυτή η μετατόπιση προς το κόκκινο λόγω της κοσμικής διαστολής έχει τα πλεονεκτήματά της. Επιτρέπει στους αστρονόμους να εκτιμήσουν όχι μόνο τις αποστάσεις από τους εν λόγω γαλαξίες, αλλά τους επιτρέπει επίσης να υπολογίσουν πόσο καιρό πριν εκπέμπεται το φως.

Οι κρυφές συνέπειες αυτών των κρυμμένων γαλαξιών

Το εύρημα της ομάδας είναι τόσο αμφιλεγόμενο και θέτει μια τόσο ριζική επανεξέταση που ανακάλυψαν ότι οι συνάδελφοί τους αστρονόμοι ήταν αρχικά απρόθυμοι να πιστέψουν ότι είχαν βρει αυτό που ισχυρίστηκαν.

Ο Wang εξηγεί:«Ήταν δύσκολο να πείσουμε τους συνομηλίκους μας ότι αυτοί οι γαλαξίες ήταν τόσο παλιοί όσο υποψιαζόμασταν ότι είναι. Οι αρχικές μας υποψίες για την ύπαρξή τους προήλθαν από τα υπέρυθρα δεδομένα του διαστημικού τηλεσκοπίου Spitzer.

«Αλλά το ALMA έχει αιχμηρά μάτια και αποκαλύπτει λεπτομέρειες σε μήκη κύματος υποχιλιοστών, το καλύτερο μήκος κύματος για να κοιτάξετε μέσα από τη σκόνη που υπήρχε στο πρώιμο σύμπαν. Ακόμα κι έτσι, χρειάστηκαν περαιτέρω δεδομένα από το ευφάνταστα ονομαζόμενο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο στη Χιλή για να αποδείξουμε πραγματικά ότι βλέπαμε αρχαίους τεράστιους γαλαξίες όπου δεν είχε δει κανένας πριν."

Η ανακάλυψη έχει τη δυνατότητα να αναδιαμορφώσει τις ιδέες μας για τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που οι επιστήμονες πιστεύουν επί του παρόντος ότι βρίσκονται στο κέντρο των περισσότερων γαλαξιών.

Ο Kohno επεξεργάζεται:«Όσο πιο μαζικός ένας γαλαξίας, τόσο πιο μεγάλη είναι η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα στην καρδιά του.

"Έτσι, η μελέτη αυτών των γαλαξιών και η εξέλιξή τους θα μας πει περισσότερα και για την εξέλιξη των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών."

Ο Kohno εξηγεί επίσης ότι ορισμένες ιδέες σχετικά με τη σκοτεινή ύλη ίσως πρέπει επίσης να αναθεωρηθούν:«Οι τεράστιοι γαλαξίες συνδέονται επίσης στενά με την κατανομή της αόρατης σκοτεινής ύλης. Αυτό παίζει ρόλο στη διαμόρφωση της δομής και της κατανομής των γαλαξιών. Οι θεωρητικοί ερευνητές θα πρέπει να ενημερώσουν τις θεωρίες τους τώρα.»

Εκτός από τη δυνητική αναταραχή, η ομάδα πιστεύει ότι τα ευρήματά της μπορεί να έχουν ήδη παρουσιαστεί, αναμένουν περισσότερες εκπλήξεις.

Ο Wang καταλήγει:Αυτοί οι τεράστιοι γαλαξίες είναι αόρατοι σε οπτικά μήκη κύματος, επομένως είναι εξαιρετικά δύσκολο να γίνει φασματοσκοπία, ένας τρόπος για να διερευνηθούν οι αστρικοί πληθυσμοί και η χημική σύνθεση των γαλαξιών. Το ALMA δεν είναι καλό σε αυτό και χρειαζόμαστε κάτι περισσότερο.

«Ανυπομονώ για επερχόμενα παρατηρητήρια όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb για να μας δείξουν από τι πραγματικά είναι φτιαγμένα αυτά τα αρχέγονα θηρία».

Πρωτότυπη έρευνα:T. Wang, C. Schreiber, D. Elbaz, Y. Yoshimura, K. Kohno, X. Shu, Y. Yamaguchi, M. Pannella, M. Franco, J. Huang, C.F. Lim &W.H. Wang. Ένας κυρίαρχος πληθυσμός από οπτικά αόρατους ογκώδεις γαλαξίες στο πρώιμο Σύμπαν. Φύση. DOI:10.1038/s41586–019–1452–4