Theo các quan sát mới, các thiên hà đã trải qua những đợt bùng nổ mạnh mẽ về sự hình thành sao từ rất sớm trong lịch sử vũ trụ so với suy nghĩ trước đây.
Những thiên hà được gọi là sao này tạo ra các ngôi sao với tốc độ phi thường, tạo ra tương đương với một ngàn mặt trời mới mỗi năm. Bây giờ các nhà thiên văn học đã tìm thấy những ngôi sao đang phát ra những ngôi sao khi vũ trụ chỉ mới một tỷ năm tuổi. Trước đây, các nhà thiên văn học đã không biết liệu các thiên hà có thể hình thành các ngôi sao với tốc độ cao như vậy từ rất sớm hay không.
Khám phá này cho phép các nhà thiên văn học nghiên cứu các vụ nổ hình thành sao sớm nhất và hiểu sâu hơn về cách các thiên hà hình thành và phát triển. Nhóm nghiên cứu mô tả những phát hiện của họ trong một bài báo được công bố trực tuyến vào ngày 13 tháng 3 trên tạp chí Nature và hai bài khác đã được chấp nhận để công bố trên Tạp chí Vật lý thiên văn.
Các tia sáng từ một thiên hà xa xôi bị lệch đi do lực hấp dẫn của một thiên hà khổng lồ, tiền cảnh, như dự đoán của thuyết tương đối rộng Einstein Einstein. Điều này làm cho thiên hà nền xuất hiện dưới dạng nhiều hình ảnh phóng to xung quanh thiên hà phía trước. Tín dụng: ALMA (ESO / NRAO / NAOJ), L. Calçada (ESO), Y Hezaveh et al.
Tỏa sáng với năng lượng của hơn một trăm nghìn tỷ mặt trời, những thiên hà mới được phát hiện này đại diện cho những gì các thiên hà lớn nhất trong khu vực vũ trụ của chúng ta trông giống như trong tuổi trẻ tạo ra ngôi sao của chúng. Tôi thấy điều đó thật tuyệt vời, anh nói Joaquin Vieira, một học giả sau tiến sĩ tại Caltech và là người lãnh đạo nghiên cứu. Những thiên hà bình thường của Aren. Chúng đang hình thành những ngôi sao với tốc độ phi thường khi vũ trụ còn rất trẻ, chúng tôi rất ngạc nhiên khi tìm thấy những thiên hà như thế này từ rất sớm trong lịch sử vũ trụ.
Các nhà thiên văn học đã tìm thấy hàng chục thiên hà này bằng Kính viễn vọng Nam Cực (SPT), một món ăn dài 10 mét ở Nam Cực khảo sát bầu trời dưới ánh sáng bước sóng milimet giữa sóng vô tuyến và hồng ngoại trên phổ điện từ. Sau đó, nhóm nghiên cứu đã xem xét chi tiết hơn bằng cách sử dụng Atacama Large Millim Array (ALMA) mới ở Sa mạc Chile Atacama.
Các quan sát mới đại diện cho một số kết quả khoa học quan trọng nhất của ALMA, Vieira nói. Anh ấy không thể làm được điều này mà không có sự kết hợp giữa SPT và ALMA, anh ấy nói thêm. Cấm ALMA rất nhạy cảm, nó sẽ thay đổi quan điểm của chúng ta về vũ trụ theo nhiều cách khác nhau.
Các nhà thiên văn học chỉ sử dụng 16 trong số 66 món ăn đầu tiên cuối cùng sẽ tạo thành ALMA, đây là kính viễn vọng mạnh nhất từng được chế tạo để quan sát ở bước sóng milimet và dưới milimet.
Với ALMA, các nhà thiên văn học đã phát hiện ra rằng hơn 30 phần trăm các thiên hà đầy sao là từ khoảng thời gian chỉ 1,5 tỷ năm sau vụ nổ lớn. Trước đây, chỉ có chín thiên hà như vậy tồn tại và không rõ liệu các thiên hà có thể tạo ra các ngôi sao với tốc độ cao như vậy từ rất sớm trong lịch sử vũ trụ. Giờ đây, với những khám phá mới, số lượng các thiên hà như vậy đã tăng gần gấp đôi, cung cấp dữ liệu có giá trị sẽ giúp các nhà nghiên cứu khác hạn chế và hoàn thiện các mô hình lý thuyết về sự hình thành sao và thiên hà trong vũ trụ sơ khai.
Một trong những nguồn được phát hiện SPT được quan sát bởi ALMA và Kính viễn vọng Không gian Hubble (HST). Thiên hà trung tâm khổng lồ (màu xanh lam, được nhìn thấy bởi HST) bẻ cong ánh sáng từ một thiên hà xa xôi hơn, phát sáng theo bước sóng dưới chu vi, tạo thành hình ảnh giống như thiên hà nền, được quan sát bởi ALMA (màu đỏ).
Tín dụng: ALMA (ESO / NRAO / NAOJ), J. Vieira et al.
Nhưng điều đặc biệt của Vĩ về những phát hiện mới, Vieira nói, là nhóm nghiên cứu đã xác định khoảng cách vũ trụ đối với các thiên hà đầy sao bụi này bằng cách phân tích trực tiếp chính bụi hình thành sao. Trước đây, các nhà thiên văn học phải dựa vào sự kết hợp cồng kềnh của các quan sát quang học và vô tuyến gián tiếp sử dụng nhiều kính viễn vọng để nghiên cứu các thiên hà. Nhưng vì sự nhạy cảm chưa từng có của ALMA, Vieira và các đồng nghiệp đã có thể thực hiện các phép đo khoảng cách của họ trong một bước, ông nói. Do đó, khoảng cách mới được đo đáng tin cậy hơn và cung cấp mẫu sạch nhất trong số các thiên hà xa xôi này.
Các phép đo cũng được thực hiện do tính chất độc đáo của các vật thể này, các nhà thiên văn học cho biết. Đối với một thiên hà, các thiên hà quan sát được chọn vì chúng có thể bị thấu kính hấp dẫn bởi một hiện tượng được Einstein tiên đoán trong đó một thiên hà khác ở phía trước bẻ cong ánh sáng từ thiên hà nền như kính lúp. Hiệu ứng thấu kính này làm cho các thiên hà nền xuất hiện sáng hơn, cắt giảm thời gian của kính thiên văn cần thiết để quan sát chúng 100 lần.
Một trong những nguồn được phát hiện SPT được quan sát bởi ALMA và Kính viễn vọng Không gian Hubble (HST). Thiên hà trung tâm khổng lồ (màu xanh lam, được nhìn thấy bởi HST) bẻ cong ánh sáng từ một thiên hà xa xôi hơn, phát sáng theo bước sóng dưới chu vi, tạo thành hình ảnh giống như thiên hà nền, được quan sát bởi ALMA (màu đỏ).
Tín dụng: ALMA (ESO / NRAO / NAOJ), J. Vieira et al.
Thứ hai, các nhà thiên văn học đã tận dụng một đặc điểm ngẫu nhiên trong quang phổ của các thiên hà này, đó là cầu vồng ánh sáng mà họ phát ra được mệnh danh là hiệu chỉnh K âm tính. Thông thường, các thiên hà xuất hiện mờ dần ở xa chúng giống như một bóng đèn. xuất hiện càng xa nó càng xa. Nhưng hóa ra vũ trụ giãn nở làm dịch chuyển quang phổ theo cách mà ánh sáng ở bước sóng milimet không xuất hiện mờ hơn ở khoảng cách xa hơn. Kết quả là, các thiên hà xuất hiện sáng như vậy trong các bước sóng này, cho dù chúng cách xa nhau như một bóng đèn ma thuật xuất hiện sáng như thế nào dù nó ở xa đến đâu.
Đối với tôi, những kết quả này thực sự rất thú vị bởi vì chúng xác nhận kỳ vọng rằng khi ALMA có sẵn, nó thực sự có thể cho phép các nhà thiên văn học thăm dò sự hình thành sao đến tận rìa của vũ trụ quan sát được, ông Fred Lo, người, trong khi không phải là người tham gia nghiên cứu, gần đây là Học giả xuất sắc của Moore tại Caltech. Lo là một nhà thiên văn học và giám đốc danh dự tại Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia, đối tác Bắc Mỹ của ALMA.
Ngoài ra, việc quan sát hiệu ứng thấu kính hấp dẫn sẽ giúp các nhà thiên văn học lập bản đồ vật chất tối, khối lượng bí ẩn chưa từng thấy chiếm gần một phần tư vũ trụ trong các thiên hà tiền cảnh. Những bản đồ có độ phân giải cao về vật chất tối là một trong những định hướng tương lai của công việc này mà tôi nghĩ là đặc biệt tuyệt vời, theo Vie Vieira.
Những kết quả này chỉ chiếm khoảng một phần tư tổng số nguồn được phát hiện bởi Vieira và các đồng nghiệp của anh ta với SPT và họ dự đoán sẽ tìm thấy các thiên hà xa xôi, bụi bặm, xa xôi khi họ tiếp tục phân tích bộ dữ liệu của họ. Mục tiêu cuối cùng của các nhà thiên văn học, Lo nói, là quan sát các thiên hà ở tất cả các bước sóng trong suốt lịch sử của vũ trụ, chắp nối câu chuyện hoàn chỉnh về cách các thiên hà hình thành và phát triển. Cho đến nay, các nhà thiên văn học đã đạt được nhiều tiến bộ trong việc tạo ra các mô hình máy tính và mô phỏng sự hình thành thiên hà sớm, ông nói. Nhưng chỉ với dữ liệu, ví dụ như các thiên hà mới, chúng ta sẽ thực sự ghép lại lịch sử vũ trụ. Mô phỏng của người Viking là mô phỏng, ông nói. Những gì thực sự quan trọng là những gì bạn nhìn thấy.
Nghệ sĩ ấn tượng về một trong những nguồn được phát hiện SPT dựa trên các quan sát của ALMA và Kính viễn vọng Không gian Hubble (HST). Thiên hà trung tâm khổng lồ (màu xanh lam, được nhìn thấy bởi HST) bẻ cong ánh sáng từ một thiên hà xa xôi hơn, phát sáng theo bước sóng dưới chu vi, tạo thành hình ảnh giống như thiên hà nền, được quan sát bởi ALMA (màu đỏ). Tín dụng: Y. Hezaveh
Ngoài Vieira, các tác giả khác của Caltech trên tờ Nature là Jamie Bock, giáo sư vật lý; Matt Bradford, thăm cộng tác viên vật lý; Martin Lueker-Boden, học giả sau tiến sĩ về vật lý; Stephen Padin, cộng tác viên nghiên cứu cao cấp về vật lý thiên văn; Erik Shirokoff, một học giả sau tiến sĩ về vật lý thiên văn tại Viện nghiên cứu vũ trụ Keck; và Zachary Staniszewski, một du khách trong ngành vật lý. Có tổng cộng 70 tác giả trên bài báo, có tựa đề Thiên hà đỏ, bụi bặm, đầy sao, được tiết lộ bởi thấu kính hấp dẫn. Từ nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ khoa học quốc gia, Quỹ Kavli, Quỹ Gordon và Betty Moore, NASA, Hội đồng nghiên cứu khoa học tự nhiên và kỹ thuật Canada, chương trình Ghế nghiên cứu Canada và Viện nghiên cứu nâng cao Canada.
Công việc đo khoảng cách tới các thiên hà được mô tả trong bài báo Tạp chí Vật lý thiên văn ALMA dịch chuyển các thiên hà được chọn theo milimet từ khảo sát SPT: Sự phân bố đỏ của các thiên hà hình thành sao bụi, bởi Axel Weiss của Viện Max-Planck für Radioastronomie, và những người khác. Nghiên cứu về thấu kính hấp dẫn được mô tả trong tạp chí Astrophysical Tạp chí quan sát ALMA về các thiên hà hình thành sao bụi được thấu kính mạnh mẽ, bởi Yashar Hezaveh thuộc Đại học McGill và các nước khác.
ALMA, một cơ sở thiên văn học quốc tế, là sự hợp tác của Châu Âu, Bắc Mỹ và Đông Á hợp tác với Cộng hòa Chile. Việc xây dựng và vận hành ALMA được dẫn dắt thay mặt châu Âu bởi tổ chức Đài thiên văn Nam châu Âu (ESO), thay mặt Bắc Mỹ bởi Đài quan sát thiên văn vô tuyến quốc gia (NRAO) và thay mặt cho Đông Á bởi Đài quan sát thiên văn quốc gia Nhật Bản (NAOJ ). Đài quan sát chung ALMA (JAO) cung cấp sự lãnh đạo và quản lý thống nhất trong việc xây dựng, vận hành và vận hành ALMA.
Kính thiên văn Nam Cực (SPT) là một kính viễn vọng dài 10 mét đặt tại Trạm Nam Cực Amundsen-Scott của Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF), nằm trong một km từ cực nam địa lý. SPT được thiết kế để thực hiện các khảo sát độ ồn thấp, độ phân giải cao của bầu trời ở bước sóng milimet và milimet, với mục tiêu thiết kế đặc biệt là thực hiện các phép đo siêu nhạy của nền vi sóng vũ trụ (CMB). Cuộc khảo sát lớn đầu tiên với SPT đã được hoàn thành vào tháng 10 năm 2011 và bao phủ 2.500 độ vuông của bầu trời phía nam trong ba dải quan sát sóng milimet. Đây là dữ liệu sóng milimet lớn nhất được tồn tại và đã dẫn đến nhiều kết quả khoa học đột phá, bao gồm phát hiện đầu tiên các cụm thiên hà thông qua chữ ký hiệu ứng Sunyaev-Zel'dovich, phép đo nhạy nhất của CMB quy mô nhỏ phổ năng lượng và sự phát hiện của một quần thể các thiên hà cực nhanh, có độ dịch chuyển cao, hình thành sao. SPT được tài trợ chủ yếu bởi Bộ phận các chương trình vùng cực trong Ban giám đốc khoa học địa chất NSF. Hỗ trợ một phần cũng được cung cấp bởi Viện Vật lý Vũ trụ Kavli (KICP), một Trung tâm Vật lý Biên giới do NSF tài trợ; Quỹ Kavli; và Quỹ Gordon và Betty Moore. Sự hợp tác SPT được dẫn dắt bởi Đại học Chicago và bao gồm các nhóm nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne, Viện Công nghệ California, Đại học Cardiff, Đại học Case Western Reserve, Đại học Harvard, Ludwig-Maximilians-Universität, Đài quan sát vật lý thiên văn Smithsonian, Đại học McGill, Đại học Arizona, Đại học California tại Berkeley, Đại học California tại Davis, Đại học Colorado tại Boulder và Đại học Michigan, cũng như các nhà khoa học cá nhân tại một số tổ chức khác, bao gồm Đài thiên văn Nam Âu và Max -Planck-Institut für Radioastronomie ở Bon, Đức.
Qua CalTech