Zdjęcia wykonane przez jeden z najbardziej złożonych teleskopów na Ziemi, James Clerk Maxwell Telescope, pozwoliły astronomom z Edynburga po raz pierwszy tak dokładnie obserwować, jak przed 12 miliardami lat formowały się galaktyki. Naukowcy z Astronomy Technology Centre (UK ATC) skupili swoją uwagę na największych i najbardziej oddalonych galaktykach. Przy użycie najczulszej kamery na fale submilimetrowe, SCUBA, udało im się zaobserwować niezwykłe ilości otoczonych pyłem rejonów formowania się gwiazd, których badani może powiedzieć nam wiele o powstaniu naszej własnej Galaktyki.

Uważa się, że te odległe galaktyki pochodzące z młodego Wszechświata wyewoluowały w najbardziej masywne galaktyki eliptyczne obserwowane obecnie. Te ogromne galaktyki składają się z 1000 miliardów gwiazd podobnych do Słońca, a obserwowane są z większych grupach i gromadach.

Dr Jason Stevens, astronom UK ATC, wyjaśnia, dlaczego zrozumienie ewolucji tych galaktyk jest tak ważne: „Odległy, młodzieńczy Wszechświat był miejscem zupełnie innym niż Wszechświat, w którym dziś mieszkamy. Miliardy lat temu masywne galaktyki uformowały się w widowiskowych tryśnięciach formowania się gwiazd. Te wielkie galaktyki eliptyczne mają bardzo proste właściwości. Mamy nadzieję, że wiedza, jak powstają proste galaktyki przybliży nas do wiedzy, o tym jak powstała nasza własna galaktyka spiralna – Droga Mleczna„.

Profesor Jim Dunlop, z Instytutu Astronomii w Edynburgu mówi: „Od dłuższego czas astronomowie przypuszczali, że formowanie się najbardziej masywnych galaktyk powinno było być spektakularnym wydarzenie, jednak nie potrafili znaleźć na to dowodów obserwacyjnych na zdjęciach wykonanych w promieniowaniu widzialnym. Teraz widzimy, że proces ten był rzeczywiście widowiskowy, jednak z powody wpływy pyłu międzygwiezdnego, spektakl odsłania się tylko w zakresie fali submilimetrowych„. Pył absorbuje jasne niebieskie światło emitowane przez młode gwiazdy. Dostarczona energia podgrzewa pył i powoduje jego świecenie. Ten poblask został odkryty przez kamerę SCUBA.

Dr Stevens i jego koledzy podejrzewają, że te masywne galaktyki powstały w szczególnie gęstych rejonach przestrzeni kosmicznej. Dlatego do swoich badań wybrali odległy obszar, o którym wiadomo, że jest bardzo gęsty, gdyż zawiera masywne galaktyki aktywne w zakresie fal radiowych. Zauważyli, że wiele z tych galaktyk radiowych ma pobliskich towarzyszy, obiekty, które nie zostały dotąd odkryte w żadnym zakresie fal.

Dr Rob Ivison opisuje odkrycie: „Towarzyszące obiekty znajdują się na najgęstszych obszarach przestrzenie międzygalaktycznej. Ich układ przypomina krople rosy uwięzione w sieci pajęczej. Wynika to ze struktury Wszechświata„.

Zdjęcia SCUBA stanowią poparcie dla popularnego obecnie modelu powstawania galaktyk, który głosi, że dzisiejsze masywne galaktyki eliptyczne uformowały się na początku Wszechświata w gęstych rejonach w wyniku gwałtownego gromadzenia budujących je bloków.

Jak sięgać w przeszłość?

Im dalszą drogę światło ma do przebycia, zanim dotrze do Ziemi, tym dłużej do nas dociera. Ten oczywisty fakt jest bardzo pomocny astronomom. Oznacza, że kiedy patrzymy na obiekty w najdalszych zakątkach Wszechświata, patrzymy także na najstarsze obiekty. Teleskopy pozwalają nam dotrzeć do okresu tuż po powstaniu Wszechświata.

Jednak to wszystko nie jest takie proste jak się mogłoby wydawać. Ponieważ Wszechświat się rozszerza, światło docierające z dalekiej przeszłości ma długość fali znacznie krótszą niż w momencie wyemitowania. To zjawisko to właśnie przesunięcie widma ku czerwieni.

Światło z galaktyk poddanych opisywanym obserwacjom zostało przesunięte tak bardzo, że z częstotliwość odpowiadająca dalekiej podczerwieni dociera do nas jako fale submilimetrowe (zakres między podczerwienią a falami radiowymi). Fale te są absorbowane przez parę wodną zawartą w atmosferze ziemskiej, dlatego obserwacje w tym zakresie są możliwe tylko z najwyższych gór Ziemi – w tym przypadku z ponad 4000 szczytu Mauna Kea na Hawajach. Obserwowane promieniowanie pochodzi głównie od populacji młodych gorących gwiazd. Światło gwiazd jest absorbowane przez cząsteczki grafiku i krzemu, pył międzygwiezdny, a w wyniku tego procesu emitowane w dalszej podczerwieni i falach submilimetrowych.

The James Clerk Maxwell Telescope (JCMT)

Jest to największy jedno talerzowy teleskop na fale submilimetrowe. Sygnał jest zbierany przez dysk o średnicy 15 metrów. Teleskop usytuowany jest w pobliżu szczytu Mount Kea na Big Island na Hawajach, na wysokości około 4000 metrów nad poziomem morza. Kieruje nim Joint Astronomy Centre w imieniu Particle Physics and Astronomy Research Council, Canadian National Research Council i Netherlands Organisation for Scientific Research.

SCUBA

SCUBA (Submillimetre Common-User Bolometer Array) to najsilniejsza kamera promieniowania submilimetrowego. Zamontowana jest na JCMT i składa się z czułych detektorów (bolometrów), schłodzonych do 60 mili Kelwinów. Instrument zbudowany został przez Royal Observatory w Edynburgu.