Astronomii au identificat unele dintre cele mai vechi galaxii din univers

„Identificarea unora din primele galaxii care s-au format în universul nostru… este echivalentul astronomic al descoperirii rămășițelor primilor oameni care au locuit pe Pământ„.

În adâncurile spaţiului, astronomii au descoperit galaxiile care au fost unele dintre primele care s-au format vreodată în univers.

O echipă de la Institutul de Cosmologie Computațională de la Universitatea Durham şi Centrul de Astrofizică Harvard-Smithsonian au găsit dovezi că cele mai mici galaxii satelit, ce se învârt în jurul galaxiei noastre Calea Lactee, sunt printre primele care s-au format în Universul nostru.

Galaxiile „satelite” relativ mici, Segue-1, Bootes I şi Ursa Major I, se rotesc în jurul Căii Lactee, dar oamenii de ştiinţă nu au realizat până acum cât de în vârstă ele sunt.

„Găsirea unora dintre primele galaxii care au format universul nostru învârtindu-se în apropiere de Calea Lactee este echivalentul astronomic al descoperirii rămășiților primilor oameni care au locuit pe Pământ”, a declarat profesorul Carlos Frenk, director al Institutului de Cosmologie Computaţională de la Universitatea Durham.

„Aceasta este extrem de captivant”.

Vedeţi şi: Aceasta mega-fuziune a 14 galaxii ar putea deveni cea mai masivă structură în Univers

Într-un studiu publicat în Jurnalul Astrofizic, profesorul Frenk şi colegii săi descriu două populații de galaxii satelit care, împreună, ne povestesc istoria timpurie a universului.

În esenţă, cercetătorii au descoperit că, cu cât o galaxie este mai vagă cu atât mai probabil ea este mai veche.

Ei au folosit ceea ce se numește funcţia de luminozitate (FL) sau distribuția galaxiilor în dependenţă de cât de strălucitoare şi masive sunt acestea.

Folosind supercomputerele din Varşovia, Polonia şi Durham, Anglia, cercetătorii au calculat funcția de luminozitate a galaxiilor conform modelului standard al cosmologiei, cunoscut sub numele de modelul Lambda Cold Dark Matter (model de materie întunecată Lambda).

Ei au descoperit că există o pauză sau o „încovoiere” în FL — o luminozitate specifică în care există foarte puține galaxii.

După cum se dovedește, această ruptură în FL, corespunde perioadei în care galaxiile temporar au încetat să se formeze şi orice ce este mai vag decât această luminozitate, cel mai probabil, s-a format foarte şi foarte demult.

„După careva explorare, noi am descoperit că locul acestei  încovoieri (adică, luminozitatea la care aceasta are loc) este caracterizat de tranziția dintre galaxiile care se formează în timpul Epocii Întunecate şi cele care s-au format după”, a declarat Sownak Bose (en), un cercetător la CfA şi autorul principal al noului studiu.

Epoca Cosmică Întunecată

Conform modelului standard, Epoca Întunecată a început aproximativ 380 000 de ani după Big Bang, atunci când universul s-a răcit şi s-au format primii atomi de hidrogen neutru.

Încă fără stele şi galaxii , universul a fost umplut cu hidrogen gazos şi materie întunecată.

Materia întunecată s-a coagulat în structuri numite „halouri”, după ce gravitația din materia întunecată a atras gazul de hidrogen pentru a forma primele stele şi galaxii.

„Se crede că particulele de materie întunecată se îngrămădesc împreună pentru a forma structuri extinse ale materiei întunecate sub influenţa gravitației”, spune Bose (en).

„Aceste structuri acţionează ca ‘chiuvete gravitaționale’ şi sunt capabile să atragă materie baryonică obișnuită, în principal sub formă de de hidrogen.

Atunci când hidrogenul se adună în aglomerări dense, se pot forma stele şi eventual galaxii”.

Aceste halouri de materie întunecată nu sunt doar un produs al trecutului, ci se crede că formează structura universului până în prezent.

„Noi presupunem că toate galaxiile — inclusiv Calea Lactee — sunt, de fapt, înconjurate de halouri de materie neagră, care au permis formarea în primul rând al galaxiilor”, a spus Bose (en).

„Aceste structuri de materie întunecată sunt, într-un fel, scheletul invizibil pe care se construiește cosmosul vizibil”.

Vedeţi şi: NASA dezvaluie construcţia timpurie a unei Galaxii imense

Cu toate acestea, după ce primele stele şi galaxii s-au format, radiaţia ultravioletă intensă a ionizat restul gazului de hidrogen, îndepărtând atomii de electroni şi lăsând în urmă particule încărcate.

Halourile materiei întunecate nu mai erau în stare să atragă gazul pentru a forma noi stele, iar formarea galaxiilor s-a oprit pentru aproximativ un miliard de ani.

„Când [hidrogenul] se încălzeşte datorită radiaţiei de la primele galaxii, halourile mici de materie întunecată nu mai pot captura gazul încălzit”, spune Bose (en).

„Pe măsură ce pâlnia de furnizare a combustibilului se închide, în cele din urmă, se încetează şi formarea stelelor, ce nu mai pot să crească în masă.

Doar halourile mai masive de materie întunecată (care durează sute de milioane de ani pentru a fi construite) au puţuri gravitaţionale suficient de adânci pentru a conține gaz şi a forma noi stele”.

Marea Pauză

Această pauză în formarea galaxiilor, datorită unei lovituri de ionizare, este ceea ce are ca rezultat „încovoierea” pe care echipa de cercetare a calculat-o în funcția de luminozitate.

Galaxiile de până la „încovoiere” sunt galaxii vagi, mici şi străvechi, care au acumulat cea mai mare parte a masei lor pe măsură ce Epoca Întunecată s-a sfârșit, în timp ce galaxiile ce s-au format după „încovoiere”, au tendința de a fi mai mari şi mai strălucitoare.

De-a lungul timpului, aceste galaxii s-au contopit şi au fuzionat, formând galaxii mai mari, cum ar fi Calea Lactee, care ar putea avea stele vechi de 13,6 miliarde de ani, dar  care nu şi-au format structura sau au acumulat majoritatea masei actuale, decât mult mai târziu.

Unele galaxii, ca sateliţi din juru Căii Lactee, rămân în mare parte neschimbate timp de miliarde şi miliarde de ani.

Printre care sunt galaxiile pitice Segue-1, Bootes I, Tucana II, şi Ursa major I, toate se cred a fi formate împreună cu primele galaxii.

În ansamblu, Bose decalară că astronomii au descoperit aproximativ 54 de galaxii ce se rotesc în jurul galaxiei noastre, dar doar 47% din cer a fost cercetat adecvat, astfel numărul total se estimează a fi de la 100 la 150 de galaxii satelit.

„Ca o estimare brută, în medie aproximativ 80% din sateliți se încadrează în grupul ‘vechi’, restul fiind formate mai târziu”, spune Bose (en).

Dar, până la urma urmei, faptul că un vârtej din cele mai vechi galaxii din univers înconjoară propria noastră Cale Lactee ar putea să nu fie atât de surprinzător.

Galaxiile se cred a fi distribuite în univers mai mult sau mai puțin uniform, iar cercetătorii au estimat vechimea unora din cele mai apropiate (en) de noi şi mai înainte.

„Un aspect frumos al acestei lucrări este că ea evidențiază complementaritatea dintre predicțiile unui model teoretic şi datele reale”, a spus dr. Sownak Bose (en).

Valoare reală conţinută în această lucrare, este perfecționarea teoriilor materiei întunecate şi a evoluției cosmosului.

„Eu cred că căutarea şi studierea galaxiilor ultra-vagi este foarte interesantă, deoarece ne poate ajuta să înțelegem mai bine nu numai procesul de formare a galaxiilor, ci şi natura materiei întunecate”, spune Bose (en).

„Diferite [teorii] modele de materie întunecată prezic diferenţele în cât de abundente sunt aceste galaxii, ce proprietăți fizice au, cât de vechi pot fi etc.

Deci, dacă avem la îndemână mari informații statistice despre aceste populații, noi putem învăţa ceva foarte fundamental despre construcţia cosmosului”.