Astronomer opdager store gamle galakser, som kunne kaste lys over mørkt stof

Astronomer har brugt den kombinerede kraft fra adskillige astronomiske observatorier rundt om i verden og i rummet til at opdage en skatkammer af hidtil ukendte antikke massive galakser. Dette er den første multiple opdagelse af sin art, og sådan en overflod af denne type galakse trodser nuværende modeller af universet. Disse galakser er også tæt forbundet med supermassive sorte huller og fordelingen af ​​mørkt stof.

Hubble-rumteleskopet tilbød hidtil uset adgang til det hidtil usete univers, men selv den er blind for nogle af de mest fundamentale brikker i det kosmiske puslespil. Astronomer fra Institute of Astronomy ved University of Tokyo ønskede at observere objekter, som de længe havde mistænkt var derude, men som Hubble ikke kunne afsløre. Nyere generationer af astronomiske observatorier har endelig afsløret, hvad de søgte.

"Det er første gang, at en så stor bestand af massive galakser blev bekræftet i løbet af de første 2 milliarder år af universets 13,7 milliarder år. Disse var tidligere usynlige for os, " sagde forsker Tao Wang. "Dette fund er i modstrid med nuværende modeller for den periode med kosmisk evolution, og vil hjælpe med at tilføje nogle detaljer, som har været savnet indtil nu."

Men hvordan kan noget så stort som en galakse være usynligt til at begynde med?

"Lyset fra disse galakser er meget svagt, med lange bølgelængder usynlige for vores øjne og uopdagelige af Hubble, " forklarede professor Kotaro Kohno. "Så vi henvendte os til Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), som er ideel til at se den slags ting. Jeg har en lang historie med det anlæg, og vidste derfor, at det ville give gode resultater."

Selvom disse galakser var de største i deres tid, deres lys er ikke kun svagt, men også strakt på grund af deres enorme afstand. Når universet udvider sig, lys, der passerer igennem, bliver strakt, så synligt lys bliver længere, til sidst bliver infrarød. Mængden af ​​strækning gør det muligt for astronomer at beregne, hvor langt væk noget er, som også afslører, hvor længe siden lyset blev udsendt fra objektet.

"Det var svært at overbevise vores jævnaldrende om, at disse galakser var så gamle, som vi havde mistanke om, at de var. Vores første mistanke om deres eksistens kom fra Spitzer-rumteleskopets infrarøde data, " sagde Wang. "Men ALMA har skarpe øjne, og afslører detaljer ved submillimeter bølgelængder, de bedste bølgelængder til at kigge gennem støv i det tidlige univers. Ikke desto mindre, det krævede yderligere data fra det fantasifuldt navngivne Very Large Telescope i Chile for virkelig at bevise, at vi så ældgamle massive galakser, hvor ingen var blevet set før."

En anden grund til, at disse galakser ser så svage ud, er, at større galakser, selv i dag, har tendens til at være indhyllet i støv, hvilket skjuler dem mere end deres mindre galaktiske søskende.

Og hvad indebærer opdagelsen af ​​disse massive galakser?

"Jo mere massiv en galakse, jo mere massivt er det supermassive sorte hul i dets hjerte. Så studiet af disse galakser og deres udvikling vil fortælle os mere om udviklingen af ​​supermassive sorte huller, også, " sagde Kohno. "Massive galakser er også tæt forbundet med fordelingen af ​​usynligt mørkt stof. Dette spiller en rolle i at forme strukturen og fordelingen af ​​galakser. Teoretiske forskere bliver nødt til at opdatere deres teorier nu."

Astronomer er også interesserede i, hvordan disse 39 galakser adskiller sig fra vores egen. Hvis vores solsystem var inde i et af dem, og du skulle se op på himlen en klar nat, du ville se noget helt andet end Mælkevejens velkendte mønster.

"For én ting, nattehimlen ville fremstå langt mere majestætisk. Den større tæthed af stjerner betyder, at der ville være mange flere stjerner tæt på ved at virke større og lysere, " forklarede Wang. "Men omvendt, den store mængde støv betyder, at fjerne stjerner ville være langt mindre synlige, så baggrunden for disse lyse tætte stjerner kan være et stort mørkt tomrum."

Da det er første gang, en sådan population af galakser er blevet opdaget, implikationerne af deres undersøgelse er først nu ved at blive realiseret. Der kan være mange overraskelser endnu.

"Disse gigantiske galakser er usynlige i optiske bølgelængder, så det er ekstremt svært at lave spektroskopi, en måde at undersøge stjernepopulationer og kemiske sammensætning af galakser. ALMA er ikke god til dette, og vi har brug for noget mere, " konkluderede Wang. "Jeg er ivrig efter kommende observatorier som det rumbaserede James Webb-rumteleskop for at vise os, hvad disse urdyr egentlig er lavet af."