Το μακρινότερο νερό στο Σύμπαν. ALMA Rewrites History of Universe's Stellar Baby Boom

Η βαρύτητα ενός κοντινού γαλαξία (μπλε κουκκίδα στο κέντρο) δημιουργεί πολλαπλά είδωλα ενός μακρινού γαλαξία (κόκκινο). Cosmic donut: This image combines data from ALMA and the Hubble Space Telescope. Shown in red is the distant, background galaxy, being distorted by the gravitational lens effect produced by the galaxy in the foreground, depicted as the blue dot seen by Hubble. The background galaxy appears warped into a so-called Einstein ring: a circle of light around the foreground galaxy. Credit: Dan Marrone

Ένα οπτικό φαινόμενο, το οποίο προκαλεί η βαρύτητα καθώς παραμορφώνει τις ακτίνες φωτός, επέτρεψε στους αστρονόμους να μελετήσουν ορισμένους από τους πιο αρχαίους γαλαξίες του Σύμπαντος, οι οποίοι λειτούργησαν ως μαιευτήρια άστρων και επιπλέον περιέχουν τις πιο απομακρυσμένες ποσότητες νερού που γνωρίζουμε ως σήμερα.

This photo of the 10-meter South Pole Telescope was taken in January 2013, soon after its new extended shielding was complete. The discovery of the luminous star-forming galaxies from the early universe were found in the large millimeter-wave survey recently completed with the SPT. Credit: Erik Nichols

Οι νέες μελέτες βασίζονται σε παρατηρήσεις του ALMA, μιας γιγάντιας αλλά ημιτελούς συστοιχίας ραδιοτηλεσκοπίων στη Χιλή, η οποία εγκαινιάστηκε επίσημα μόλις την περασμένη Τετάρτη.

Όπως εξηγούν οι ερευνητές σε ανακοίνωσή τους, το νεαρό Σύμπαν παρήγαγε άστρα με πολύ μεγαλύτερο ρυθμό από ό,τι σήμερα. Από προηγούμενες μελέτες είναι γνωστό ότι αυτές οι εξάρσεις αστρογένεσης συνέβησαν σε γιγάντιους γαλαξίες που περιέχουν μεγάλες ποσότητες σκόνης.

This is an artist's impression of one of the South Pole Telescope-discovered sources based on observation by the Altacama Large Millimeter Array and Hubble Space Telescope (HST). The massive central galaxy (in blue, seen by HST) bends the light of a more distant, submillimeter-bright galaxy, forming a ring-like image of the background galaxy that is observed by ALMA (red). Credit: Y. Hezaveh

Τα δεκάδες μάτια του ALMA στράφηκαν σε ορισμένους από αυτούς τους αρχαίους γαλαξίες και αποκάλυψαν ότι η απόσταση που τους χωρίζει από τη Γη είναι έως και ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός μεγαλύτερη από ό,τι νομίζαμε. Αυτό σημαίνει ότι οι γαλαξίες έχουν μέση ηλικία 12 δισεκατομμυρίων ετών, δημιουργήθηκαν δηλαδή λιγότερο από 2 δισ. χρόνια μετά τη γέννηση του Σύμπαντος.

Οι δύο πιο αρχαίοι από αυτούς τους γαλαξίες πηγαίνουν πίσω ακόμα 1 δισ. χρόνια και χρονολογούνται τώρα στα 12,7 δισεκατομμύρια έτη.

This montage combines data from ALMA with images from the NASA/ESA Hubble Space Telescope, for five distant galaxies. The ALMA images, represented in red, show the distant, background galaxies, being distorted by the gravitational lens effect produced by the galaxies in the foreground, depicted in the Hubble data in blue. The background galaxies appear warped into rings of light known as Einstein rings, which encircle the foreground galaxies. Credit: ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), J. Vieira et al.

Σε έναν μάλιστα από αυτούς το ALMA ανίχνευσε τα πιο απομακρυσμένα και πιο αρχαία μόρια νερού που γνωρίζουμε στο Σύμπαν.

Τα δεδομένα του ALMA παρουσιάζονται τώρα σε τρεις δημοσιεύσεις, μία στο περιοδικό «Nature» και δύο στην επιθεώρηση «The Astrophysical Journal».

Βαρυτικός φακός

Σχηματική απεικόνιση του φαινομένου του βαρυτικού φακού. This schematic image represents how light from a distant galaxy is distorted by the gravitational effects of a nearer foreground galaxy, which acts like a lens and makes the distant source appear distorted, but brighter, forming characteristic rings of light, known as Einstein rings. An analysis of the distortion has revealed that some of the distant star-forming galaxies are as bright as 40 trillion Suns, and have been magnified by the gravitational lens by up to 22 times. Credit: ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. Calçada (ESO), Y. Hezaveh et al.

Οι διεθνείς ομάδες αστρονόμων που υπογράφουν τις μελέτες αξιοποίησαν ένα παράξενο φαινόμενο που ονομάζεται βαρυτικός φακός: Καθώς το φως των αρχαίων γαλαξιών ταξιδεύει προς τη Γη, συναντά στην πορεία του άλλους γαλαξίες. Το ισχυρό βαρυτικό πεδίο καμπυλώνει τις ακτίνες φωτός, όπως προβλέπει η Σχετικότητα του Αϊνστάιν, και στέλνει στη Γη ένα μεγεθυμένο είδωλο των αρχαίων γαλαξιών στο φόντο.

Το φαινόμενο είναι σπάνιο, μπορεί όμως να αναγνωριστεί εύκολα: αυτό που βλέπει το τηλεσκόπιο είναι πολλαπλά είδωλα του απομακρυσμένου γαλαξία, διατεταγμένα συμμετρικά γύρω από το είδωλο του κοντινού γαλαξία.

Όπως επισημαίνουν οι ερευνητές, το φαινόμενο του βαρυτικού φακού μεγέθυνε τους απομακρυσμένους γαλαξίες κατά 22 φορές, διευκολύνοντας σημαντικά την παρατήρησή τους.

Στη μελέτη βοήθησε πάντως και η ακραία λάμψη αυτών των αρχαίων τεράτων: λόγω των μυριάδων νεογέννητων άστρων που περιέχουν, το φως των γαλαξιών εκτιμάται ότι είναι 40 τρισεκατομμύριο φορές πιο έντονο από το φως του Ήλιου.