Herschel και Planck βρίσκουν χαμένο στοιχείο για το σχηματισμό γαλαξιακού σμήνους

Οι γαλαξίες, όπως ο Γαλαξίας μας με τα 100 δισεκατομμύρια άστρα του, συνήθως δεν βρίσκονται απομονωμένοι. Στο Σύμπαν σήμερα, 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang, πολλοί βρίσκονται σε πυκνές συστάδες που αποτελούνται από δεκάδες, εκατοντάδες ή ακόμα και χιλιάδες γαλαξίες.

Ωστόσο, αυτά τα συμπλέγματα δεν υπήρχαν ανέκαθεν, και ένα βασικό ζήτημα στη σύγχρονη κοσμολογία είναι πως τέτοιες μαζικές δομές συναρμολογήθηκαν στις απαρχές του Σύμπαντος.

Ο εντοπισμός του πότε και του πώς σχηματίστηκαν θα πρέπει να παρέχει πληροφορίες για την διαδικασία της εξέλιξης του σμήνους γαλαξιών, συμπεριλαμβανομένου του ρόλου που διαδραμάτισε η σκοτεινή ύλη στη διαμόρφωση αυτών των κοσμικών μητροπόλεων.

Τώρα, χρησιμοποιώντας τις συνδυασμένες δυνάμεις του Herschel και του Planck, οι αστρονόμοι έχουν βρει αντικείμενα στο μακρινό Σύμπαν, που εμφανίζονται να είναι σε μια εποχή όταν ήταν μόλις τριών δισεκατομμυρίων ετών, τα οποία θα μπορούσαν να είναι πρόδρομοι των συστάδων φαίνονται γύρω μας σήμερα.

Ο κύριος στόχος του Planck ήταν να παρέχει τον πιο ακριβή χάρτη της ακτινοβολίας λείψανο του Big Bang, τη μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου. Για να το καταφέρει, ερεύνησε το σύνολο του ουρανού σε εννέα διαφορετικά μήκη κύματος από το βαθύ υπέρυθρο εως τα ραδιο κύματα, προκειμένου να εξαλειφθεί η εκπομπή προσκηνίου από τον γαλαξία μας και άλλους στο Σύμπαν.

Αλλά αυτές οι πηγές προσκηνίου μπορεί να είναι σημαντικές σε άλλους τομείς της αστρονομίας και στα δεδομένα μικρού μήκους κύματος του Planck που οι επιστήμονες ήταν σε θέση να προσδιορίσουν 234 φωτεινές πηγές με χαρακτηριστικά που υποδήλωναν πως βρίσκονταν στο μακρινό, πρώιμο Σύμπαν.

Το Herschel στη συνέχεια παρατήρησε τα αντικείμενα αυτά στο βαθύ υπέρυθρο φάσμα, που αντιστοιχεί σε ακτινοβολία με μήκος κύματος μικρότερο του ενός millimeter, αλλά με πολύ μεγαλύτερη ευαισθησία και γωνιακή ανάλυση.

Το Herschel αποκάλυψε ότι η συντριπτική πλειοψηφία των ανιχνευμένων πηγών από το Planck συνάδουν με πυκνές συγκεντρώσεις γαλαξιών στο πρώιμο Σύμπαν έχοντας έντονη δραστηριότητα σχηματισμού νέων αστεριών.

Κάθε ένας από αυτούς τους νεαρούς γαλαξίες παρουσιάζεται να μετατρέπει αέριο και σκόνη σε άστρα με ρυθμό από μερικές εκατοντάδες έως 1500 φορές τη μάζα του Ήλιου μας ανά έτος. Συγκριτικά, ο δικός μας Γαλαξίας παράγει σήμερα αστέρια με ένα μέσο ρυθμό μόλις μια ηλιακή μάζα ανά έτος.

Αν και οι αστρονόμοι δεν έχουν ακόμη καθορίσει οριστικά τις ηλικίες και τις φωτεινότητες πολλών από αυτές τις συγκεντρώσεις μακρινών γαλαξιών που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα, αυτοί είναι οι καλύτεροι υποψήφιοι που βρέθηκαν μέχρι σήμερα για τα «πρωτο-σμήνη» - πρόδρομους των μεγάλων, ώριμων γαλαξιακών σμηνών που βλέπουμε στο Σύμπαν σήμερα.

"Στοιχεία από αυτά τα είδη αντικειμένων είχαν βρεθεί νωρίτερα σε δεδομένα από το Herschel και άλλα τηλεσκόπια, αλλά η ικανότητα σάρωσης όλου του ουρανού του Planck αποκάλυψε ακόμα περισσότερα υποψήφια τέτοια αντικείμενα για μας να μελετήσουμε", λέει ο Hervé Dole του Institut d’Astrophysique Spatiale, Ορσέ, επικεφαλής επιστήμονας της ανάλυσης που δημοσιεύτηκε στο Astronomy & Astrophysics.

"Έχουμε ακόμη πολλά να μάθουμε για αυτό το νέο πληθυσμό, απαιτώντας περαιτέρω μελέτες παρακολούθησης με άλλα παρατηρητήρια. Ωστόσο πιστεύουμε ότι αποτελούν ένα κομμάτι που λείπει από τη δομή του κοσμολογικού σχηματισμού."

"Αυτή τη στιγμή προετοιμάζουμε έναν εκτεταμένο κατάλογο των πιθανών πρωτο-σμηνών που ανιχνεύθηκαν από το Planck, ο οποίος θα μπορεί να μας βοηθήσει να εντοπίσουμε ακόμα περισσότερα από αυτά τα αντικείμενα", προσθέτει ο Ludovic Montier, ένας ερευνητής του CNRS στο Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, Τουλούζη, ο οποίος είναι ο επικεφαλής επιστήμονας του καταλόγου των υποψηφίων πηγών υψηλής μετατόπισης προς το ερυθρό του Planck, που πρόκειται να παραδοθεί στην κοινότητα.

"Αυτό το συναρπαστικό αποτέλεσμα ήταν εφικτό χάρη στη συνέργεια του Herschel και του Planck: σπάνια αντικείμενα μπόρεσαν να αναγνωριστούν από τα δεδομένα του Planck που καλύπτουν όλο τον ουρανό, και στη συνέχεια το Herschel ήταν σε θέση να τα εξετάσει με αναλυτικότερο τρόπο", λέει ο επιστήμονας του προγράμματος Herschel της ESA, Göran Pilbratt.

"Και τα δύο διαστημικά παρατηρητήρια ολοκλήρωσαν τις επιστημονικές παρατηρήσεις τους το 2013, αλλά τα πλούσια σύνολα δεδομένων τους θα αξιοποιηθούν για πλούσιες νέες ιδέες σχετικά με το Σύμπαν μέσα στα επόμενα χρόνια."

Η μελέτη “High-redshift infrared galaxy overdensity candidates and lensed sources discovered by Planck and confirmed by Herschel-SPIRE,” έχει συνταχθεί από τη Συνεργασία Planck.