ในการแสวงหาการเรียนรู้ว่าจักรวาลของเรามาเป็นอย่างไรนักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบลึกลงไปในอวกาศมาก (และด้วยเหตุนี้ย้อนเวลากลับไปได้ไกลมาก) ท้ายที่สุดเป้าหมายของพวกเขาคือการพิจารณาว่ากาแลคซีแห่งแรกในจักรวาลของเราก่อตัวเมื่อใดและผลกระทบอะไรที่มีต่อวิวัฒนาการของจักรวาล ความพยายามล่าสุดในการค้นหาการก่อตัวที่เก่าแก่ที่สุดเหล่านี้ได้ตรวจสอบถึงระยะทางสูงถึง 13 พันล้านปีแสงจากโลก - คือประมาณ 1 พันล้านปีหลังจากบิ๊กแบง
จากนี้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาได้ว่ากาแลคซียุคแรกส่งผลต่อสสารรอบตัวโดยเฉพาะอย่างยิ่งการรีออไนเซชันของอะตอมที่เป็นกลาง น่าเสียดายที่กาแลคซียุคแรกส่วนใหญ่หมดสติซึ่งทำให้การศึกษาการตกแต่งภายในของพวกเขายาก แต่จากการสำรวจเมื่อเร็ว ๆ นี้ซึ่งจัดทำโดยทีมนักดาราศาสตร์นานาชาติทำให้กาแลคซีขนาดใหญ่ที่ส่องสว่างมากขึ้นนั้นสามารถมองเห็นได้อย่างชัดเจนว่ากาแลคซียุคแรกนำไปสู่การไอออนไอออนอย่างไร
การศึกษาซึ่งรายละเอียดการค้นพบของพวกเขามีชื่อว่า“ คุณสมบัติของ ISM ของกาแลคซีที่ก่อตัวเป็นดาวมวลสูงที่ค้นพบที่ Z ~ 7“ เพิ่งเผยแพร่เมื่อไม่นานมานี้ จดหมายวารสารทางฟิสิกส์นำโดยนักวิจัยจาก Max Planck Institute for Radio Astronomy ใน Bonn ประเทศเยอรมนีทีมอาศัยข้อมูลจากการสำรวจขั้วโลกใต้ (SPT) -SZ และ ALMA เพื่อตรวจจับกาแลคซีที่มีอยู่ 13 พันล้านปีก่อน (เพียง 800 ล้านปีหลังจากนั้น บิ๊กแบง)
ตามแบบจำลองของบิ๊กแบงจักรวาลวิทยาการทำให้เป็นไอออนหมายถึงกระบวนการที่เกิดขึ้นหลังจากช่วงเวลาที่เรียกว่า "ยุคมืด" สิ่งนี้เกิดขึ้นระหว่าง 380,000 ถึง 150 ล้านปีหลังจากบิกแบงซึ่งโฟตอนส่วนใหญ่ในจักรวาลมีปฏิสัมพันธ์กับอิเล็กตรอนและโปรตอน ด้วยเหตุนี้การแผ่รังสีของช่วงเวลานี้จึงไม่สามารถตรวจพบได้โดยเครื่องมือปัจจุบันของเรา - ดังนั้นชื่อ
ก่อนหน้าช่วงเวลานี้“ การฟื้นคืนชีพ” เกิดขึ้นที่ซึ่งอะตอมของไฮโดรเจนและฮีเลียมเริ่มก่อตัว ไอออนไนซ์เริ่มต้น (โดยไม่ต้องอิเล็กตรอนจับกับนิวเคลียสของมัน) โมเลกุลเหล่านี้จะค่อย ๆ จับไอออนเมื่อเอกภพเย็นตัวลงกลายเป็นเป็นกลาง ในช่วงเวลาดังต่อไปนี้ - ระหว่าง 150 ล้านถึง 1 พันล้านปีหลังจากบิ๊กแบง - โครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาลเริ่มก่อตัว
สิ่งที่อยู่ภายในนี้คือกระบวนการรีออไนเซชั่นโดยที่ดวงดาวและควาซาร์เกิดขึ้นครั้งแรก ดังนั้นจึงเป็นที่ชัดเจนว่าทำไมนักดาราศาสตร์ต้องการที่จะสำรวจยุคของจักรวาลนี้ โดยการสำรวจดาวและกาแล็กซี่แรกและสิ่งที่มีผลต่อเอกภพนั้นนักดาราศาสตร์จะได้ภาพที่ชัดเจนว่าช่วงแรกนี้นำไปสู่จักรวาลได้อย่างไร
โชคดีสำหรับทีมวิจัยกาแลคซีก่อตัวดาวขนาดใหญ่ในยุคนี้ทราบกันดีว่ามีฝุ่นจำนวนมาก ในขณะที่จาง ๆ ในแถบแสงกาแลคซีเหล่านี้ปล่อยรังสีที่รุนแรงที่ความยาวคลื่น submillimeter ซึ่งทำให้สามารถตรวจจับได้โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ขั้นสูงในปัจจุบัน - รวมถึงกล้องโทรทรรศน์ขั้วโลกใต้ (SPT), การทดลอง Atacama Pathfinder (APEX) และ Atacama Large Millimeter Arma (ALMA) )
เพื่อประโยชน์ในการศึกษาของพวกเขา Strandet และ Weiss อาศัยข้อมูลจาก SPT เพื่อตรวจจับกาแลคซีฝุ่นจำนวนหนึ่งจากจักรวาลยุคแรก ในฐานะที่เป็น Maria Strandet และ Axel Weiss จาก Max Planck Institute สำหรับดาราศาสตร์วิทยุ (และผู้เขียนหลักและผู้เขียนร่วมในการศึกษาตามลำดับ) บอก Space Magazine ทางอีเมล:
“ เราใช้แสงที่มีความยาวคลื่นประมาณ 1 มม. ซึ่งสามารถสังเกตได้ด้วยกล้องโทรทรรศน์มิลลิเมตรเช่น SPT, APEX หรือ ALMA ที่ความยาวคลื่นนี้โฟตอนเกิดจากการแผ่รังสีความร้อนของฝุ่น ความงามของการใช้ความยาวคลื่นที่ยาวนานนี้คือช่วงเรดชิฟต์ขนาดใหญ่ (ดูเวลาย้อนหลัง) กาแลคซีลดแสงของ [ที่เกิดจาก] โดยการเพิ่มระยะทางจะถูกชดเชยด้วยเรดชิฟต์ - ดังนั้นความเข้มที่สังเกตได้ นี่เป็นเพราะสำหรับกาแลคซี redshift ที่สูงขึ้นเรามองไปที่ความยาวคลื่นที่สั้นกว่าเดิม (โดย (1 + z)) ซึ่งการแผ่รังสีนั้นแข็งแกร่งกว่าสำหรับสเปกตรัมความร้อนเช่นสเปกตรัมฝุ่น”
ตามด้วยข้อมูลจาก ALMA ซึ่งทีมใช้ในการกำหนดระยะทางของกาแลคซีโดยดูที่ความยาวคลื่นแดงของอนุภาคคาร์บอนมอนนอกไซด์ในโมเลกุลระหว่างดวงดาว (ISM) จากข้อมูลทั้งหมดที่เก็บรวบรวมพวกเขาสามารถ จำกัด คุณสมบัติของกาแลคซีแห่งใดแห่งหนึ่ง - SPT0311-58 ได้โดยการสังเกตสายสเปกตรัมของมัน ในการทำเช่นนั้นพวกเขาพบว่ากาแลคซีนี้มีอยู่เพียง 760 ล้านปีหลังจากบิกแบง
“ เนื่องจากความแรงของสัญญาณที่ 1 มม. เป็นอิสระจาก redshift (ดูเวลาย้อนหลัง) เราจึงไม่ได้มีเงื่อนงำเบื้องต้นหากวัตถุอยู่ใกล้ (ในแง่ของจักรวาล) หรือในช่วงยุคของการรีออนเซชั่น” พวกเขากล่าว “ นั่นคือเหตุผลที่เราทำการสำรวจขนาดใหญ่เพื่อกำหนด redshifts ผ่านการปล่อยเส้นโมเลกุลโดยใช้ ALMA SPT0311-58 กลายเป็นวัตถุ Redshift ที่สูงที่สุดที่ค้นพบในการสำรวจครั้งนี้และในความเป็นจริงแล้วกาแลคซีที่ก่อตัวเป็นดาวฝุ่นขนาดใหญ่ที่สุดที่อยู่ไกลที่สุดก็ค้นพบแล้ว
จากการสำรวจของพวกเขาพวกเขายังระบุด้วยว่า SPT0311-58 มีมวลประมาณ 330 พันล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ซึ่งเท่ากับ 66 เท่าของกาแลกซี่ทางช้างเผือก (ซึ่งมีมวลรวมประมาณ 5 พันล้านดวง) พวกเขายังคาดการณ์ว่ามันกำลังก่อตัวดาวฤกษ์ดวงใหม่ในอัตราหลายพันต่อปีซึ่งอาจเป็นกรณีของกาแลคซีใกล้เคียงที่ลงวันที่ในช่วงเวลานี้
วัตถุที่หายากและห่างไกลนี้เป็นหนึ่งในผู้สมัครที่ดีที่สุด แต่สำหรับการศึกษาสิ่งที่เอกภพยุคแรกดูเหมือนและวิวัฒนาการมาตั้งแต่นั้น สิ่งนี้จะช่วยให้นักดาราศาสตร์และจักรวาลวิทยาทำการทดสอบพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับทฤษฎีบิ๊กแบง ในขณะที่ Strandet และ Weiss บอกกับนิตยสาร Space เกี่ยวกับการค้นพบของพวกเขา:
“ วัตถุเหล่านี้มีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจวิวัฒนาการของกาแลคซีโดยรวมเนื่องจากมีฝุ่นจำนวนมากอยู่ในแหล่งกำเนิดนี้หลังจากที่บิ๊กแบงมีเพียง 760 ล้านปีหมายความว่ามันเป็นวัตถุที่มีขนาดใหญ่มาก ความจริงเพียงว่ากาแลคซีขนาดใหญ่นั้นมีอยู่แล้วเมื่อเอกภพยังอายุน้อยทำให้มีข้อ จำกัด อย่างมากในการทำความเข้าใจเกี่ยวกับการสะสมมวลของกาแลคซี นอกจากนี้ฝุ่นจำเป็นต้องก่อตัวในเวลาอันสั้นซึ่งทำให้เกิดความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับการผลิตฝุ่นจากประชากรตัวเอกคนแรก”
ความสามารถในการมองลึกลงไปในอวกาศและย้อนเวลากลับไปได้นำไปสู่การค้นพบที่น่าประหลาดใจมากมายในช่วงปลายปี และสิ่งเหล่านี้ได้ท้าทายสมมติฐานบางอย่างของเราเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นในจักรวาลและเมื่อใด และในที่สุดพวกเขากำลังช่วยนักวิทยาศาสตร์ในการสร้างรายละเอียดที่สมบูรณ์และสมบูรณ์มากขึ้นเกี่ยวกับวิวัฒนาการของจักรวาล สักวันหนึ่งเร็ว ๆ นี้เราอาจจะสามารถตรวจสอบช่วงเวลาที่เร็วที่สุดในจักรวาลและดูการสร้างในการกระทำ!
