Dwa wielkie amerykańskie obserwatoria satelitarne, wspierane przez największe teleskopy na naszej planecie rozpoczęły zbieranie danych o powstawaniu i ewolucji galaktyk. Badania można porównać ze znalezieniem albumu rodzinnego zawierającego fotografie członków rodziny od czasu ich niemowlęctwa do dorosłości.
„Po raz pierwszy śledzenie tworzenia się galaktyk można pociągnąć tak daleko w przeszłość” – powiedział Mauro Giavalisco, kierownik badań odpowiedzialny za obserwacje Kosmicznego Teleskopu Hubble’a (HST).
HST połączył swe siły z satelitarnym obserwatorium rentgenowskim Chandra w celu dokonania wielkiego przeglądu nieba, obejmującego dziesiątki tysięcy galaktyk widzianych takimi, jakie były na różnych etapach istnienia Wszechświata. Na sierpień zaplanowane jest wystrzelenie instrumentu Space Infrared Telescope Facility (SIRTF). On także uczestniczyć będzie w badaniach, dostarczając wyników obserwacji w podczerwieni. Cały projekt nazywa się Great Observatories Origins Deep Survey (GOODS). Astronomowie badają powstawanie i ewolucję galaktyk, obejmując swoimi badaniami szeroki zakres ich odległości i wieku. Projekt obejmuje badanie historii galaktyk, ewolucji populacji gwiezdnych w nich się znajdujących i energii produkowanej przez gwiazdy oraz napędzane czarnymi dziurami aktywne jądra galaktyk.
Kosmiczny teleskop Hubble’a cofnął się do odległej przeszłości Wszechświata i zbadał tysiące galaktyk w okresie ich dzieciństwa. Zdjęcie zostało wykonane za pomocą instrumentu Advanced Camera for Surveys. Galaktyki znajdują się na etapie tworzenia i oddziaływania między sobą. Część z nich istniała już, gdy Wszechświat miał zaledwie 2 miliardy lat. Galaktyki tła znajdują się w przypadku tego zdjęcia znacznie bliżej. Dwie z nich, białe rozciągnięte obiekty na lewo od środka zdjęcia, zdają się zderzać ze sobą.
Astronomowie pracujący z HST zauważyli, że rozmiary galaktyk wzrastają w sposób ciągły w czasie, gdy wiek Wszechświata wzrasta od miliarda do 6 miliardów lat (obecny wiek przyjmuje się na 13,7 miliarda lat). Uczeni z GOODS zauważyli, że wzrasta również nieco tempo z jakim tworzą się nowe gwiazdy, mniej więcej o czynnik trzy w okresie w którym wiek Wszechświata wzrósł od miliarda do półtora miliarda lat. Później pozostaje ono stałe aż do 7 miliardów lat, po czym szybko spada do około jednej dziesiątej wcześniejszej wartości. To kolejny dowód na to, że tworzenie się większości galaktyk zakończyło się gdy Wszechświat miał mniej więcej połowę obecnego wieku.
Wzrost rozmiarów galaktyk jest zgodny z modelami „od dołu do góry”, w których galaktyki rosną hierarchicznie przez łączenie się i wciąganie mniejszych galaktyk satelitarnych. Jest to również zgodne z pomysłem, że rozmiary galaktyk rosną aż osiągną pewną część rozmiarów otaczającego je halo ciemnej materii stanowiącej większość masy Wszechświata. Według tych teorii ciemna materia miała połączyć się we wczesnych Wszechświecie w niewielkie zgrupowania, a następnie ściągać na siebie gaz stanowiący zwykłą materię tworzącą następnie gromady gwiazd i niewielkie galaktyki. Te karłowate galaktyki miały następnie w ciągu miliardów lat połączyć się i stworzyć wielkie spiralne oraz eliptyczne obiekty, które obserwujemy obecnie.
Zdjęcie Północnego Głębokiego Pola Chandry zostało wykonane dzięki trwającej 23 dni obserwacji fragmentu nieba o rozmiarach kątowych Księżyca w pełni. Była to najczulsza obserwacja rentgenowska jaką kiedykolwiek wykonano. Dzięki połączeniu danych z Chandry i Teleskopu Kosmicznego astronomowie mogli dowiedzieć się jaka część młodych galaktyk zawierała czarne dziury wtedy, gdy wiek Wszechświata wynosił zaledwie miliard lat. Ilość supermasywnych czarnych dziur okazała się być mniejsza niż się spodziewano.
„Obserwacje Chandry przenoszą nas do wysokoenergetycznego wczesnego Wszechświata i pozwalają na badanie historii czarnych dziur poprzez prawie całą jego historię” – powiedział Niel Brandt z Penn State University, członek zespołu GOODS ze strony obserwatorium Chandra. Jednym z najbardziej fascynujących odkryć dokonanych w promieniowaniu X jest zaobserwowanie tajemniczych czarnych dziur nie mających odpowiedników optycznych.
„Znaleźliśmy siedem tajemniczych źródeł, które nie są widoczne optycznie dla HST” – powiedział Anton Koekemoer z instytutu obsługującego Teleskop, jeden z badaczy zajmujących się Chandrą w ramach projektu GOODS. „Albo są to najdalsze czarne dziury jakie kiedykolwiek obserwowaliśmy, albo znajdują się one bliżej ale są za to wyjątkowo dobrze przesłonięte pyłem, a to również zaskakujący wniosek„.
Po porównaniu obserwacji HST i Chandry astronomowie stwierdzili również, że czarne dziury znajdujące się w odległych i stosunkowo małych galaktykach występują rzadziej niż się spodziewano. Może to być spowodowane działaniem pierwszych pokoleń masywnych gwiazd, wybuchających jako supernowe i poprzez wyrzucanie gazu redukujących ilość materii, którą mogły żywić się super masywne czarne dziury.
Te oraz inne wyniki otrzymane przez projekt GOODS zostaną ogłoszone w specjalnym wydaniu czasopisma Astrophysical Journal Letters, całkowicie poświęconym tej współpracy.
