Teoriile actuale despre formarea galaxiilor se bazează pe fuziunea ierarhică a entităților mai mici în structuri mai mari și mai mari, pornind de la dimensiunea aproximativă a unui grup globular stelar și terminând cu ciorchini de galaxii. Conform acestui scenariu, se presupune că nu există galaxii masive în universul tânăr.
Cu toate acestea, este posibil ca această viziune să fie necesară acum revizuită. Folosind instrumentul FORS2 multi-mode de pe telescopul foarte mare de la Paranal, o echipă de astronomi italieni au identificat patru galaxii la distanță, de câteva ori mai masive decât galaxia Calea Lactee sau la fel de masive ca cele mai grele galaxii din universul actual. Aceste galaxii trebuie să se fi format când Universul avea doar aproximativ 2.000 de milioane de ani, adică acum 12.000 de milioane de ani.
Obiectele recent descoperite pot fi membre ale unei populații de vechi galaxii masive nedetectate până în prezent.
Existența unor astfel de sisteme arată că acumularea de galaxii eliptice masive a fost mult mai rapidă în Universul timpuriu decât se aștepta din teoria actuală.
Fuziunea ierarhică
Galaxiile sunt ca niște insule din Univers, făcute din stele, precum și nori de praf și gaze. Acestea vin în diferite dimensiuni și forme. Astronomii disting în general între galaxiile spirală - cum este propria noastră Calea Lactee, NGC 1232 sau faimoasa galaxie Andromeda - și galaxii eliptice, acestea din urmă conțin în mare parte stele vechi și având foarte puțin praf sau gaz. Unele galaxii sunt intermediare între spirale și eliptice și sunt denumite galaxii lenticulare sau sferoidale.
Galaxiile nu numai că au o formă distinctă, ci și ca mărime: unele pot fi la fel de „ușoare” ca un grup globular stelar din Calea Lactee (adică conțin aproximativ echivalentul a câteva milioane de Soare), în timp ce altele pot fi mai masive decât un milion de milioane de Soare. În prezent, mai mult de jumătate din stelele din Univers sunt localizate în galaxii sferoidale masive.
Una dintre principalele întrebări deschise ale astrofizicii și cosmologiei moderne este cum și când s-au format și au evoluat galaxii pornind de la gazul primordial care a umplut Universul timpuriu. În cea mai populară teorie actuală, galaxiile din Universul local sunt rezultatul unui proces relativ lent în care galaxii mici și mai puțin masive se contopesc pentru a construi treptat galaxii mai mari și mai masive. În acest scenariu, supranumit „fuziune ierarhică”, tânărul Univers a fost populat de galaxii mici, cu puțină masă, în timp ce Universul actual conține galaxii mari, vechi și masive - ultimul care se formează în etapa finală a unui proces lent de asamblare.
Dacă acest scenariu ar fi adevărat, atunci nu ar trebui să putem găsi galaxii eliptice masive în universul tânăr. Sau, cu alte cuvinte, datorită vitezei finite a luminii, nu ar trebui să existe asemenea galaxii masive foarte departe de noi. Și, într-adevăr, până acum nu a fost cunoscută nicio veche galaxie eliptică dincolo de o radio-galaxie la redshift 1.55, care a fost descoperită acum aproape zece ani.
Sondajul K20
Pentru a înțelege mai bine procesul de formare a galaxiilor și pentru a verifica dacă scenariul ierarhic de fuziune este valabil, o echipă de astronomi italieni și ESO au folosit Telescopul foarte mare al ESO ca „mașină a timpului” pentru a căuta galaxii eliptice foarte îndepărtate. Totuși, acest lucru nu este banal. Galaxii eliptice îndepărtate, cu conținutul lor de stele vechi și roșii, trebuie să fie obiecte foarte slabe, într-adevăr, la lungimi de undă optice, deoarece cea mai mare parte a luminii lor este redusă în partea infraroșie a spectrului. Galaxiile eliptice de la distanță sunt astfel printre cele mai dificile ținte de observație chiar și pentru cele mai mari telescoape; acesta este și motivul pentru care recordul redus 1.55 a persistat atât de mult timp.
Dar această provocare nu i-a oprit pe cercetători. Au obținut spectroscopie optică profundă cu instrumentul FORS2 multi-mode de pe VLT pentru un eșantion de 546 de obiecte slabe găsite într-o zonă de cer de 52 arcmin2 (sau aproximativ o zecime din suprafața Lunii Pline) cunoscut sub numele de câmpul K20, și care se suprapune parțial cu zona BUNURI-Sud. Perseverența lor a plătit și au fost răsplătiți de descoperirea a patru galaxii vechi, masive, cu redshift-uri între 1,6 și 1,9. Aceste galaxii sunt văzute când Universul avea doar aproximativ 25% din vârsta sa actuală, de 13.700 de milioane de ani.
Pentru una dintre galaxii, echipa K20 a beneficiat și de baza de date a spectrelor disponibile public în zona GOODS-South, luată de echipa ESO / GOODS.
O nouă populație de galaxii
Galaxiile recent descoperite sunt astfel văzute când Universul avea aproximativ 3.500 de milioane de ani, adică acum 10.000 de milioane de ani. Dar din spectrele luate, se pare că aceste galaxii conțin stele cu vârste cuprinse între 1.000 și 2.000 de milioane de ani. Acest lucru implică faptul că galaxiile trebuie să se fi format în consecință mai devreme și că ele trebuie să-și fi finalizat în esență asamblarea într-un moment în care Universul avea doar 1.500 - 2.500 de milioane de ani.
Galaxiile par să aibă mase mai mari de o sută de mii de milioane de mase solare și, prin urmare, sunt de dimensiuni similare celor mai masive galaxii din Universul actual. Imaginile complementare realizate în sondajul GOODS („The Great Observatories Origins Deep Survey”) realizat de Telescopul Spațial Hubble arată că aceste galaxii au structuri și forme mai mult sau mai puțin identice cu cele ale galaxiilor eliptice masive din prezent.
Prin urmare, noile observații au relevat o nouă populație de galaxii foarte vechi și masive.
Existența unor astfel de galaxii sferice masive și vechi în Universul timpuriu arată că asamblarea galaxiilor eliptice masive actuale a început mult mai devreme și a fost mult mai rapidă decât a prevăzut teoria de fuziune ierarhică. Spune Andrea Cimatti (INAF, Firenze, Italia), liderul echipei: „Noul nostru studiu ridică acum întrebări fundamentale despre înțelegerea și cunoașterea proceselor care au reglementat geneza și istoria evolutivă a Universului și a structurilor sale.”
Sursa originală: Comunicat de știri ESO
