Η ιστορία του πρωτογαλαξία GN-z11.1

Tον Μάρτιο του 2016, ομάδα αστρονόμων από τα πανεπιστήμια του Yale, της California και του Ινστιτούτου Space Telescope Science, συνδυάζοντας φασματοσκοπικά και οπτικά δεδομένα από τα διαστημικά τηλεσκόπια Hubble και Spitzer, ανακάλυψαν τον ιδιαίτερα φωτεινό πρωτογαλαξία GN-z11.1. Ο πρωτογαλαξίας αυτός αποτελεί μέχρι σήμερα το πιο μακρινό αντικείμενο (Εικόνα 1) που έχει παρατηρηθεί στο σύμπαν και συγχρόνως το πιο κοντινό αντικείμενο ως προς την αρχή του χωροχρόνου (Big Bang).

Εικόνα 1: Η χρονική κλίμακα του Σύμπαντος και η θέση του γαλαξία GN-z11.1, πολύ κοντά στη μεγάλη έκρηξη. Πηγή: NASA, ESA, P. Oesch and B. Robertson (University of California, Santa Cruz), and A. Feild (STScI)

Ο γαλαξίας GN-z11.1 βρίσκεται στη γενική κατεύθυνση του αστερισμού της Μεγάλης Άρκτου (Video 1) και παρατηρείται σήμερα όπως ήταν πριν από 13.4 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν το Σύμπαν είχε ηλικία 400 εκατομμύρια έτη, ή περίπου το 3% της σημερινής του ηλικίας (13.8 δισεκατομμύρια έτη). Τη χρονική περίοδο εκείνη, που ο γαλαξίας ήταν πολύ νέος σε ηλικία, το Σύμπαν ήταν περίπου 12 φορές μικρότερο σε διαστάσεις, ενώ η τότε απόσταση του GN-z11.1 από τον δικό μας Milky Way υπολογίζεται σε 2.6 δισεκατομμύρια έτη φωτός, σύμφωνα με το ισχύον κοσμολογικό μοντέλο. Εκείνη την εποχή, η πρώτη γενιά αστεριών είχε ήδη αρχίσει να φθίνει, εμπλουτίζοντας τον χώρο με νέα χημικά στοιχεία (εκτός του υδρογόνου και του ηλίου), ενώ οι πρώτοι γαλαξίες είχαν ήδη αρχίσει να σχηματίζονται ως συναθροίσεις αστεριών, αερίου και σκόνης. Παρόλη τη μικρή σχετικά απόσταση των δύο γαλαξιών -σε σχέση με την έκταση του παρατηρούμενου αλλά και ολόκληρου του Σύμπαντος-, το φως που ξεκίνησε από τον GN-z11.1 ταξίδευε για 13.4 δισεκατομμύρια έτη (συνυπολογίζοντας και τη διαστολή του Σύμπαντος) ώστε να φτάσει τον Μάρτιο του 2016 στα τηλεσκόπιά μας. Επομένως παρατηρούμε τον GN-z11.1 όπως φαινόταν τότε και όχι όπως πραγματικά είναι σήμερα (Video 2)!


Video 1: Κινηματική απεικόνιση της κατεύθυνσης του γαλαξία GN-z11.1 και του εντοπισμού του από τα διαστημικά τηλεσκόπια.

Video 2: Κινηματική απεικόνιση της απομάκρυνσης δύο γαλαξιών λόγω του διαστελλόμενου Σύμπαντος.
(Πηγή: http://www.atlasoftheuniverse.com/)

Η ανάλυση των παρατηρησιακών δεδομένων κατέδειξε ότι ο πρωτογαλαξίας GN-z11.1 ήταν 25 φορές μικρότερος σε διαστάσεις από τον δικό μας Milky Way, ενώ η μάζα του (σε Ηλιακές μάζες) εκτιμήθηκε περίπου στο 1% της σημερινής μάζας του δικού μας Γαλαξία. Ωστόσο, ο ρυθμός σχηματισμού αστεριών του GN-z11.1 υπολογίζεται πως είναι 20 φορές μεγαλύτερος του αντίστοιχου δικού μας – είναι ένας ιδιαίτερα γρήγορος ρυθμός ανάπτυξης που αποτελεί πρόκληση για τα σημερινά θεωρητικά μοντέλα σχηματισμού γαλαξιών. Ίσως αυτό να εξηγεί το γεγονός ότι ένας τόσο μακρινός γαλαξίας μπόρεσε να παρατηρηθεί, επειδή ακριβώς ήταν τόσο φωτεινός και τόσο μεγάλος σε διαστάσεις για τη συγκεκριμένη εποχή του Σύμπαντος, ώστε να είναι τελικά ορατός σε τέτοια τεράστια απόσταση!

Λαμβάνοντας υπόψη τη σημερινή επικρατούσα κοσμολογία, εφόσον ο πρωτογαλαξίας GN-z11.1 υφίσταται ακόμη σήμερα, θα πρέπει πλέον να βρίσκεται στην εκπληκτικά μεγάλη απόσταση των 32 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, συνεκτιμώντας και τη διαστολή του Σύμπαντος. Εάν δηλαδή σταματούσαμε νοερά τη διαστολή του Σύμπαντος και προσπαθούσαμε να μετρήσουμε τη σταθερή πλέον απόσταση μεταξύ των δύο γαλαξιών μέσω της ταχύτητας του φωτός (300 χιλιάδες χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο), θα ανακαλύπταμε ότι το φως θα έφτανε στα μάτια μας μετά από ένα τεράστιο ταξίδι διάρκειας μεγαλύτερης των 32 δισεκατομμυρίων ετών, καλύπτοντας απόσταση πλέον των 320 επτάκις εκατομμυρίων χιλιομέτρων! Στην πραγματικότητα, και λόγω της πεπερασμένης ταχύτητας του φωτός, πάντα θα παρατηρούμε τα αντικείμενα όπως ήταν στο παρελθόν και όχι όπως είναι σήμερα. Όσον αφορά στον GN-z11.1, θα συνεχίσουμε να τον παρατηρούμε με τα ισχυρά μας τηλεσκόπια για τα επόμενα περίπου 3 δισεκατομμύρια έτη, οπότε και ο τεράστιος ρυθμός διαστολής του Σύμπαντος θα καταστήσει πλέον την θέασή του ανέφικτη.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

  1. Oesch, P. A.; Brammer, G.; van Dokkum, P.; et al. (March 2016). “A Remarkably Luminous Galaxy at z=11.1 Measured with Hubble Space Telescope Grism Spectroscopy”. The Astrophysical Journal. 819(2). 129. arXiv:1603.00461. Bibcode:2016ApJ…819..129O. doi:10.3847/0004-637X/819/2/129.
  2. “Hubble Team Breaks Cosmic Distance Record”. NASA. March 3, 2016. 
  3. “Hubble Team Breaks Cosmic Distance Record”. HubbleSite.org. March 3, 2016. STScI-2016-07.
  4. https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2016/03/03/hubble-shatters-the-cosmic-distance-record-most-distant-galaxy-a-shocker/#409588fc7762.
  5. http://www.astro.ucla.edu/~wright/CosmoCalc.html
  6. http://cosmocalc.icrar.org/
  7. Paper and pencil cosmological calculator, S. Pilipenko, arXiv:1303.5961v1
  8. Cosmology: The History and Nature of Our Universe, Mark Whittle, University of Virginia

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ