Ett unikt nytt instrument kombinerat med ett kraftfullt teleskop och lite hjälp från naturen har gett forskarna en titt in i den galaktiska barnkammaren i hjärtat av det unga universum. Efter den stora smällen för cirka 13,8 miljarder år sedan fylldes det tidiga universum med enorma moln av neutral diffus gas, kända som ruttnande Lyman-α-system, eller DLA. Dessa DLA:er fungerade som galaktiska plantskolor, eftersom gaserna i dem långsamt kondenserades, vilket underblåste bildandet av stjärnor och galaxer. De kan observeras även idag, men det är inte lätt. "DLA-moln är nyckeln till att förstå hur galaxer bildas i universum, men de är vanligtvis svåra att observera eftersom molnen är för diffusa och inte själva avger ljus", säger forskarna, nämligen Rongmon Bordoloy, docent i fysik vid North Carolina State University och författarforskning.
För närvarande använder astrofysiker kvasarer - supermassiva svarta hål som avger ljus - som "bakgrundsbelysning" för att upptäcka DLA-moln. Och även om den här metoden tillåter forskare att lokalisera DLA:er, fungerar ljuset från kvasarerna som små spett genom det massiva molnet, vilket komplicerar försök att mäta deras totala storlek och massa.
Ale Bordoloy och John O'Meara, chefsforskare vid U.M.-observatoriet. Keka i Kamuel, Hawaii, hittade en väg runt detta problem genom att använda en gravitationslinserad galax och integralfältspektroskopi för att observera två DLA och galaxerna inuti dem som bildades för cirka 11 miljarder år sedan, strax efter Big Bang.
"Gravitationslinsgalaxer är galaxer som verkar långsträckta och ljusa", säger Bordoloy. "Detta beror på att det finns en gravitationsmässigt massiv struktur framför galaxen som förvränger ljuset som kommer från den när den rör sig mot oss. Som ett resultat tittar vi på en förstorad version av objektet - det är som att använda ett rymdteleskop som zoomar in och ger oss en bättre visualisering."
Fördelen med detta är tvåfaldig: för det första är bakgrundsobjektet förlängt av himlen och ljust, så det är lätt att fånga spektralavläsningar från olika delar av objektet. För det andra, eftersom linsing expanderar objektet, kan mycket små delar undersökas. Till exempel, om ett föremål är ett ljusår tvärs över kan vi studera små bitar med mycket hög precision.
Spektralavläsningar tillåter astrofysiker att "se" delar av rymden som är osynliga för blotta ögat, såsom diffusa gasformiga DLA och potentiella galaxer inom dem. Vanligtvis är bevisinsamling en lång och mödosam process. Men forskare löste detta problem genom att utföra integrerad spektroskopi med hjälp av Keck Cosmic Web Imager.
Integral fältspektroskopi gjorde det möjligt för forskare att erhålla spektrumet vid varje enskild pixel i det område av himlen som det var riktat mot, vilket gjorde spektroskopi av ett utsträckt objekt på himlen mycket effektiv. Denna innovation, i kombination med den långsträckta och ljusa gravitationslinsgalaxen, gjorde det möjligt för teamet att kartlägga DLA:s diffusa gas över himlen med hög precision. Med denna metod kunde forskarna inte bara fastställa storleken på de två DLA:erna, utan också att de innehåller värdgalaxer.
"Jag har väntat på den här kombinationen nästan hela min karriär: ett tillräckligt kraftfullt teleskop och instrument, och naturen som ger oss lite tur att studera inte en utan två DLA på ett nytt sätt," sa forskarna. "Det är fantastiskt att se vetenskap omsättas i praktiken."
Förresten, DLA är enormt. Med en diameter på mer än 17,4 kiloparsek är de mer än två tredjedelar av storleken på den moderna Vintergatans galax. Som jämförelse, för 13 miljarder år sedan var diametern på en typisk galax mindre än 5 kiloparsecs. En parsec är 3,26 ljusår och en kiloparsec är 1000 parsec, så ljus tar cirka 56 723 år att färdas genom varje DLA.
Du kan hjälpa Ukraina att slåss mot de ryska inkräktarna. Det bästa sättet att göra detta är att donera medel till Ukrainas väpnade styrkor genom Rädda liv eller via den officiella sidan NBU.
Läs också:
- Modernt artilleri är Ukrainas supervapen. Och varför är Elon Musk här?
- Astronomer har upptäckt en "guldstandard"-stjärna i Vintergatan