Et hav af galakser venter:Ny COMAP-radioundersøgelse

Engang omkring 400 millioner år efter fødslen af ​​vores univers begyndte de første stjerner at dannes. Universets såkaldte mørke tidsalder sluttede, og en ny lysfyldt æra begyndte. Flere og flere galakser begyndte at tage form og fungerede som fabrikker til at udskille nye stjerner, en proces, der nåede et højdepunkt omkring 4 milliarder år efter Big Bang.

Heldigvis for astronomer kan denne svundne tid observeres. Fjernt lys tager tid at nå os, og vores teleskoper kan opfange lys udsendt af galakser og stjerner for milliarder af år siden (vores univers er 13,8 milliarder år gammelt). Men detaljerne i dette kapitel i vores univers' historie er skumle, da de fleste af de stjerner, der dannes, er svage og skjulte af støv.

Et nyt Caltech-projekt, kaldet COMAP (CO Mapping Array Project), vil give os et nyt indblik i denne epoke med galaksesamling og hjælpe med at besvare spørgsmål om, hvad der egentlig forårsagede universets hurtige stigning i produktionen af ​​stjerner.

"De fleste instrumenter ser måske toppen af ​​et isbjerg, når man ser på galakser fra denne periode," siger Kieran Cleary, projektets hovedefterforsker og associeret direktør for Caltechs Owens Valley Radio Observatory (OVRO). "Men COMAP vil se, hvad der ligger nedenunder, skjult for øje."

Den nuværende fase af projektet bruger en 10,4 meter lang "Leighton" radioskål på OVRO til at studere de mest almindelige former for stjernedannende galakser spredt over rum og tid, inklusive dem, der er for svære at se på andre måder, fordi de er for besvime eller skjult af støv. Radioobservationerne sporer det råmateriale, som stjerner er lavet af:kold brintgas. Denne gas er ikke let at udpege direkte, så i stedet måler COMAP lyse radiosignaler fra kulilte (CO) gas, som altid er til stede sammen med brinten. COMAPs radiokamera er det mest kraftfulde, der nogensinde er bygget til at registrere disse radiosignaler.

De første videnskabelige resultater fra projektet er netop blevet offentliggjort i syv artikler i The Astrophysical Journal . Baseret på observationer taget et år i en planlagt fem-årig undersøgelse, satte COMAP øvre grænser for, hvor meget kold gas der skal være til stede i galakser i den epoke, der undersøges, inklusive dem, der normalt er for svage og støvede til at se. Selvom projektet endnu ikke har foretaget en direkte påvisning af CO-signalet, viser disse tidlige resultater, at det er på vej til at gøre det ved udgangen af ​​den første fem-årige undersøgelse og i sidste ende vil tegne det mest omfattende billede hidtil af universets historie af stjernedannelse.

"Når vi ser på fremtiden for projektet, sigter vi mod at bruge denne teknik til successivt at se længere og længere tilbage i tiden," siger Cleary. "Fra og med 4 milliarder år efter Big Bang vil vi blive ved med at skubbe tilbage i tiden, indtil vi når epoken med de første stjerner og galakser, et par milliarder år tidligere."

Anthony Readhead, co-principal investigator og Robinson professor i astronomi, emeritus, siger, at COMAP vil se ikke kun den første epoke af stjerner og galakser, men også deres episke tilbagegang. "Vi vil observere stjernedannelse stige og falde som en havvande," siger han.

COMAP fungerer ved at optage slørede radiobilleder af galaksehobe over kosmisk tid frem for skarpe billeder af individuelle galakser. Denne sløring gør det muligt for astronomerne effektivt at fange alt radiolys, der kommer fra en større pool af galakser, selv de svageste og mest støvede, der aldrig er set.

"På denne måde kan vi finde de gennemsnitlige egenskaber for typiske, svage galakser uden at skulle vide meget præcist, hvor en enkelt galakse er placeret," forklarer Cleary. "Dette er som at finde temperaturen på en stor mængde vand ved hjælp af et termometer i stedet for at analysere bevægelserne af de individuelle vandmolekyler."

Et resumé af de nye resultater vises i The Astrophysical Journal . + Udforsk yderligere

Radio- og mikrobølger afslører sande natur af mørke galakser i det tidlige univers