Када су најраније у свемиру галаксије почеле да се удружују и праве јата? У научном раду који ће ускоро бити објављен у америчком Astrophysical Journal, представили смо истраживање где смо пронашли протојато галаксија које је најдаље икад откривено – старо је мање од милијарду година, тачније 800 милиона година, и налази се на „црвеном помаку” од z=6,57.
Др Дарко Доневски
Захваљујући импресивном технолошком и научном напретку у истраживању свемира, данас знамо да је он стар око 13,79 милијарди година. То је време протекло од тренутка када се десио „Велики прасак”. У деценији која је иза нас, астрономија је достигла највећи развој од свих природних наука, захваљујући невероватним продорима у свет невидљивог откривајући редом инфрацрвени, радио и гравитационе таласе који долазе из најдаљих делова свемира. И поред тога отворена су многа питања везана за услове који су владали у тако раном универзуму. Једно од њих је питање – када су најраније у свемиру галаксије почеле да се удружују и праве јата.
Kонтекст повезан са теоријом „Великог праска”
Данас, такође, знамо да свемиром доминирају материја и енергија које не можемо једноставно и директно посматрати – тамна материја и тамна енергија. Заправо, свега 4% састава свемира чине видљива материја (такозвана барионска материја), у коју спадају молекули, атоми, планете, звезде, галаксије. Галаксије нису униформно распоређене у свемиру, већ се временом удружују и попут птица праве групе; ако су довољно масивне, услед гравитационог колапса такве групе прерастају у протојата, а затим и јата галаксија. Јата галаксија су најмасивније структуре у читавог свемиру, и имају укупну масу већу од хиљаду милијарди Сунчевих маса! Нека од најпознатијих јата су Virgo, Coma, Fornax и Abel. Оно што је карактеристично за сва поменута јата јесте да су веома близу нашем Млечном путу. То знаци да су формирана много година после „Великог праска”.
Научници данас покушавају да пронађу нове
методе да у младом, далеком свемиру пронађу
групе галаксија које у себи имају мање масивне,
али младе, активне звезде, како би проучили стварање галаксија у условима који су владали непосредно након „Великог праска”.
Јединица која се у астрономији користи за мерење тих удаљености јесте „црвени помак (z)”. За нас Земљане, у времену садашњем, „црвени помак” је нула (z=0). Што је неко тело даље од нас, тако и „црвени помак” расте. Примера ради, блиске галаксије су на „црвеним помацима” између z=0 и z=0.5, док се на „црвеним помацима” између z=5 и z=11 налазе најдаље познате галаксије икад формиране у свемиру. Због тога што је потребно значајно време да се галаксија формира након „Великог праска”, у младом свемиру се не очекује да има пуно структура и удружених протојата галаксија. Масивна јата која можемо да видимо у блиском комшилуку (нпр. Virgo) имају у свом саставу огромне масивне галаксије препуне старих звезда, које се полако гасе и не производе нове, младе звезде. Зато научници данас покушавају да пронађу нове методе да у младом, далеком свемиру пронађу групе галаксија које у себи имају мање масивне, али младе, активне звезде, како би проучили стварање галаксија у условима који су владали непосредно након „Великог праска”.
Наш тим је, користећи најпрецизнији оптички телескоп на Земљи, Субару (Subaru), који се налази на Хавајима, снимио велики део јужног неба а затим смо на тим мапама тражили повећања густине која би сугерисала да у датим областима можда постоје протојата.
Међутим, посматрачки проблем је што су те младе галаксије јако малих величина, такође јако су далеко, и често сакривене прашином од силиката насталом у тим процесима, тако да их је веома тешко детектовати. Посебан изазов је предвиђање где би јато тако малих и младих галаксија могло да постоји у свемиру. Досад најдаље познато младо (прото)јато галаксија пронађено у космосу било је на црвеном помаку z=5,7, старо милијарду година. У научном раду који ће ускоро бити објављен у америчком Astrophysical Journal, ми смо (аутори: Harikane, Ouchi, Ono, Fujimoto, Donevski + 30 коаутора) представили истраживање где смо пронашли протојато галаксија које је најдаље икад откривено – старо је мање од милијарду година, тачније 800 милиона година, и налази се на „црвеном помаку” од z=6,57. Kада се узме у обзир да у тако младом свемиру још није откривено пуно галаксија, а камоли (прото)јата галаксија, ово откриће би могло да отвори ново поглавље у начину на који ће се истраживати сличне структуре у будућности.
Kако смо пронашли протојато?
Прошле године сам се придружио тиму истраживача из Токија и заједно са осталим колегама из још неколико америчких и европских института, развили смо метод како да тестирамо где се налазе најдаља протојата галаксија: наш тим је, користећи најпрецизнији оптички телескоп на Земљи, Субару (Subaru), који се налази на Хавајима, снимио велики део јужног неба а затим смо на тим мапама тражили повећања густине која би сугерисала да у датим областима можда постоје протојата. Изабрали смо неке обећавајуће кандидате, и затим снимали њихове водоничне спектре не би ли измерили колико су удаљени од нас. Kод малих, слабо масивних галаксија, спектри су ништа друго него прелази водоника (Лајманова емисија). Kада се упореди снимљена таласна дужина у односу на ону коју знамо из лабораторије, може да се види колико је та линија „померена” ка прошлости.
Према важећој теорији свемира (Стандардни модел), звездана маса галаксија је у директној вези са масом тамне материје која постоји око те галаксије. То би значило да масивна протојата у далеком свемиру заправо откривају места где постоји најмасивнија тамна материја.
Оно што је нас изненадило јесте сазнање да смо на потпуно истом месту у спектру открили не једну, већ више од 10 галаксија, што је значило да су оне физички повезане. Да бисмо заиста потврдили да је реч о повезаном протојату, морали смо да пронађемо начин да разумемо да ли се око тих малих, слабомасивних галаксија налазе и неки џинови, скривени у прашини. Тако смо искористили метод који је прошле године представљен у мом раду, где сам користећи инфрацрвени свемирски телескоп Хершел (Herschel), систематски трагао за оним галаксијама које имају екстремну термалну емисију прашине. Kористећи тај метод, открили смо да се око нашег протојата налази неколико прашинастих џинова какве не очекујемо у тако раном свемиру.
Зашто је све ово битно?
- Према важећој теорији свемира (тзв. Стандардни модел), звездана маса галаксија је у директној вези са масом тамне материје која постоји око те галаксије. То би значило да масивна протојата у далеком свемиру заправо откривају места где постоји најмасивнија тамна материја, што је од круцијалног значаја за проверу свих теорија о формирању структура у универзуму.
Такође, користећи симулације, показали смо да протојата као што је наше (названо z66OD), временом еволуирају у огромно јато каква данас видимо у локалном свемиру (нпр. поменуто Virgо). То значи да, попут археолога, имамо алат да пратимо еволуцију читаве једне структуре од времена прошлог до времена данашњег.
- Сва сазнања која имамо о настанку хемијских елемената у галаксијама су из истраживања блиских, а не далеких галаксија. Ово открива нов прозор у свет силиката и молекула који прате процес стварања звезда, попут HCN или CO.
- Протојато које смо открили биће једног дана снимљено телескопом који сви оцекујемо – Џејмс Веб (James Webb). Он це моћи да нам открије још неке спектре елемената које данас нисмо у стању да измеримо. Тако ћемо знати да ли можда наше протојато крије додатне чланове које данас не уочавамо.
- У овој години планирамо да употребимо систем радио телескопа Алма (ALMA) у Чилеу, да бисмо истражили јонизовни гас у нашим галаксијама. То ће бити први систематски снимак те врсте у неком систему старом свега 800 милиона година.
