A galaxisok kialakulásának jelenlegi elméletei azon alapulnak, hogy a kisebb entitások hierarchikusan egyesülnek nagyobb és nagyobb struktúrákba, kezdve egy csillaggömb alakú klaszter méretétől kezdve a galaxiscsoportokig. E forgatókönyv szerint feltételezzük, hogy a fiatal világegyetemben nem léteztek hatalmas galaxisok.
Ezt a nézetet azonban most felül kell vizsgálni. A multi-mode FORS2 műszer használatával a Paranal Nagyon Nagy Teleszkópján egy olasz csillagászok egy csoportját négy távoli galaxist azonosították, amelyek többször hatalmasabbak, mint a Tejút galaxis, vagy olyan masszívok, mint a mai világ legnehezebb galaxisai. Ezeknek a galaxisoknak akkor kellett kialakulniuk, amikor az Univerzum csak körülbelül 2000 millió év volt, azaz körülbelül 12 000 millió évvel ezelőtt.
Az újonnan felfedezett tárgyak lehetnek a régi hatalmas galaxisok egy olyan populációjának a tagjai, amelyeket eddig nem észleltek.
Az ilyen rendszerek létezése azt mutatja, hogy a hatalmas elliptikus galaxisok a korai világegyetemben sokkal gyorsabban épültek fel, mint ahogyan azt a jelenlegi elmélet várták.
Hierarchikus egyesülés
A galaxisok olyanok, mint az univerzum szigetei, csillagokból, valamint por- és gázfelhőkből készültek. Különböző méretű és formájúak. A csillagászok általában megkülönböztetik a spirális galaxiseket - mint például a Tejút, az NGC 1232 vagy a híres Andromeda galaxis - és az elliptikus galaxiseket, amelyek utóbbi többnyire régi csillagokat tartalmaznak, és nagyon kevés porral vagy gázzal rendelkeznek. Néhány galaxis köztes a spirál és az ellipszis között, és lentikáris vagy gömb alakú galaxisnak nevezik őket.
A galaxisok nem csupán formájukban különböznek, hanem méretükben is eltérőek: néhányuk olyan könnyű lehet, mint a Tejútunk csillaggömbös klasztere (azaz körülbelül néhány millió Napot ekvivalens tartalmaznak), míg mások tömegesek lehetnek, mint millió millió nap. Jelenleg a Világegyetemben a csillagok több mint fele hatalmas gömbölyű galaxisokban helyezkedik el.
A modern asztrofizika és kozmológia egyik fő nyitott kérdése az, hogy mikor alakultak és fejlődtek a galaxisok a korai Univerzumot töltő ősi gáztól kezdve. A jelenlegi legnépszerűbb elmélet szerint a helyi világegyetem galaxisai egy viszonylag lassú folyamat eredményei, ahol a kicsi és kevésbé masszív galaxisok egyesülnek, hogy fokozatosan felépüljenek a nagyobb és masszív galaxisok. Ebben a „hierarchikus összeolvadásnak” nevezett forgatókönyvben a fiatal Univerzumot kicsi, kis tömegű galaxisok lakották, míg a jelenlegi Univerzumban nagy, régi és hatalmas galaxisok találhatók - ezek közül a legutóbbi egy lassú összeszerelési folyamat végső szakaszában alakul ki.
Ha ez a forgatókönyv igaz lenne, akkor nem szabad megtalálni a fiatal univerzumban hatalmas elliptikus galaxisokat. Vagy más szavakkal, a véges fénysebesség miatt nem lehetnek olyan hatalmas galaxisok, amelyek nagyon távol vannak tőlünk. És valóban, eddig nem volt ismert egy régi elliptikus galaxis egy rádiós galaxison túl az 1.55 vöröseltolódásnál, amelyet majdnem tíz évvel ezelőtt fedeztek fel.
A K20 felmérés
Annak érdekében, hogy jobban megértsük a galaxisok kialakulási folyamatát, és hogy megbizonyosodjunk a hierarchikus egyesülési forgatókönyv érvényességéről, egy olasz és az ESO csillagászok egy csoportja az ESO nagyon nagy távcsövét használta “időgépként” nagyon távoli elliptikus galaxisok keresésére. Ez azonban nem triviális. A távoli elliptikus galaxisoknak, a régi és a vörös csillag tartalmával, valóban nagyon halvány tárgyaknak kell lenniük optikai hullámhosszon, mivel fényük nagy része vöröseltolódik a spektrum infravörös részébe. A távoli elliptikus galaxisok tehát még a legnagyobb távcsövek esetében is a legnehezebb megfigyelési célok között vannak; ezért az 1,55 vöröseltolódás-rekord is ilyen hosszú ideig fennmaradt.
De ez a kihívás nem állította meg a kutatókat. Mély optikai spektroszkópiát nyertek a multi-mode FORS2 műszerrel a VLT-n, 546 halvány tárgyból, amelyek a K20 mező néven 52 ívmin2 (vagyis a telihold területének körülbelül egytizedére esik) égbolton találhatók, és amely részben átfedésben van az ÁRAK-déli térséggel. Kitartásuk megtérült, és négy régi, hatalmas galaxis felfedezésével jutalmazták őket, vöröseltolódással, 1,6 és 1,9 között. Ezeket a galaxisokat akkor látják, amikor az Univerzum jelenlegi 13 700 millió éves korának csupán körülbelül 25% -a volt.
Az egyik galaxis esetében a K20-csoport az ESO / GOODS csapata által a GOODS-South térségben nyilvánosan elérhető spektrumok adatbázisából is részesült.
Új galaxispopuláció
Az újonnan felfedezett galaxisok tehát akkor láthatók, amikor az Univerzum körülbelül 3500 millió éves volt, azaz 10 000 millió évvel ezelőtt. A vett spektrumok alapján azonban úgy tűnik, hogy ezek a galaxisok csillagokat tartalmaznak, amelyek kora 1000 és 2000 millió év között van. Ez azt jelenti, hogy a galaxisoknak ennek megfelelően korábban kellett kialakulniuk, és lényegében be kellett fejezniük az összeállításukat abban a pillanatban, amikor az Univerzum csak 1500-2500 millió éves volt.
Úgy tűnik, hogy a galaxisok tömege meghaladja a százezer millió napenergiát, ezért méretük hasonló a mai világegyetem legtökéletesebb galaxisaihoz. A Hubble Űrtávcső által a GOODS („The Great Observatories Origins Deep Survey”) felmérés során készített kiegészítő képek azt mutatják, hogy ezeknek a galaxisoknak a szerkezete és alakja többé-kevésbé azonos a mai masszív elliptikus galaxisok szerkezetével és alakjával.
Az új megfigyelések ezért egy nagyon régi és hatalmas galaxisok új populációját tárták fel.
Az ilyen hatalmas és régi gömbölyű galaxisok létezése a korai világegyetemben azt mutatja, hogy a mai masszív elliptikus galaxisok összeállítása sokkal korábban kezdődött, és sokkal gyorsabb volt, mint ahogyan azt a hierarchikus összeolvadási elmélet előre jelezte. Andrea Cimatti (INAF, Firenze, Olaszország), a csoport vezetője: "Új tanulmányunk most alapvető kérdéseket vet fel az univerzum és annak struktúráinak genezisét és evolúciós történetét szabályozó folyamatok megértésével és ismereteivel kapcsolatban."
Eredeti forrás: az ESO sajtóközleménye
