Sådan ved vi, at der er to billioner galakser i universet

Når du kigger op på nattehimlen gennem sløret af stjerner og Mælkevejens plan tæt ved, du kan ikke hjælpe, men føler sig lille, før den store afgrund af Universet, der ligger bag. Selvom næsten alle af dem er usynlige for vores øjne, indeholder vores observerbare univers, der strækker sig titusinder af milliarder lysår i alle retninger, et fantastisk stort antal galakser i det.,

hvor mange galakser der er derude plejede at være et mysterium, med estimater stigende fra tusinder til millioner til milliarder, alt sammen som teleskopteknologi forbedret. Hvis vi lavede det mest enkle skøn ved hjælp af nutidens bedste teknologi, ville vi sige, at der er 170 milliarder galakser i vores univers. Men vi ved mere end det, og vores moderne skøn er endnu større: to billioner galakser. Sådan kom vi frem.

i en ideel verden ville vi simpelthen tælle dem alle. Vi ville pege vores teleskoper mod himlen, dække hele ting, indsamle hver foton udsendes vores måde, og opdage alle objekter, der var derude, uanset hvor svag., Med vilkårligt god teknologi og en uendelig mængde ressourcer, ville vi simpelthen måle alt i universet, og det ville lære os, hvor mange galakser der er derude.

men i praksis fungerer det ikke. Vores teleskoper er begrænsede i størrelse, hvilket igen begrænser, hvor mange fotoner de kan samle og de opløsninger, de kan opnå. Der er en afvejning mellem hvor svag et objekt du kan se, og hvor meget af himlen du kan tage ind på .n gang. Noget af universet er skjult af mellemliggende stof., Og jo fjernere et objekt er, jo svagere ser det ud; på et tidspunkt er en kilde langt nok væk, at selv at observere i et århundrede ikke afslører en sådan galakse.

Så hvad vi i stedet kan gøre er at se en klar del af universet uden at gribe ind i Stof, stjerner eller galakser så dybt som muligt. Jo længere du stirrer på en enkelt plet af himlen, jo mere lys du samler, og jo mere vil du afsløre om det. Vi gjorde det først i midten af 1990 ‘ erne med Hubble-rumteleskopet og pegede på en plet af himmel, der var kendt for at have praktisk talt intet i det, og simpelthen sidde på det sted og lade universet afsløre, hvad der var til stede.,

det var en af de mest risikable strategier gennem tidene., Hvis det mislykkedes, ville det have været spild af over en uge med at observere tid på det nyligt korrigerede Hubble-rumteleskop, det mest efterspurgte observatorium at tage data med. Men hvis det lykkedes, lovede det at afsløre et glimt af universet på en måde, vi aldrig havde set før.

Vi indsamlede data for hundredvis af baner, på tværs af en lang række forskellige bølgelængder, i håb om at afsløre galakser, der var svagere, fjernere og sværere at se end nogen vi havde opdaget før. Vi håbede at lære, hvordan det ultra-fjerne Univers virkelig så ud., Og da det første billede endelig blev behandlet og frigivet, fik vi en visning i modsætning til alle andre.

overalt, hvor vi kiggede, var der galakser i alle retninger. Ikke bare nogle få, men tusinder og atter tusinder af dem., Universet var ikke tomt, og det var ikke mørkt; det var fuld af lysemitterende kilder. Så vidt vi var i stand til at se, blev stjerner og galakser klumpet og samlet overalt.

men der var andre grænser. De fjerneste galakser er fanget i universets udvidelse, hvilket får fjerne galakser til at skifte over det punkt, hvor vores optiske og nær-infrarøde teleskoper (som Hubble) kunne opdage dem. Endelige størrelser og observationstider betød, at kun galakserne over en bestemt lysstyrketærskel kunne ses., Og meget små galakser med lav masse, som Segue 3 i vores egen baghave, ville være alt for svage og små til at løse.

så vi kunne skubbe forbi vores teknologiske grænser fra midten af 1990 ‘ erne billede, men alligevel kunne vi aldrig få alle galakserne. Det bedste forsøg, vi nogensinde har gjort, var Hubble e .treme Deep Field (.df), som repræsenterede et sammensat billede af ultraviolet, optisk og infrarød data. Ved at observere bare en lille plet af himlen så lille, at det ville tage 32 millioner af dem at dække alle mulige retninger, vi kunne se, akkumulerede vi i alt 23 dage værd af data.,

stabling af alt sammen til et enkelt billede afslørede noget, der aldrig før blev set: i alt cirka 5.500 galakser. Dette repræsenterede den højeste tæthed af galakser nogensinde observeret gennem en smal, blyantlignende stråle i rummet.

Du måske tror derfor, at vi kan estimere antallet af galakser i Universet ved at tage det antal, vi observerede i dette billede, og gange det med antallet af sådanne billeder, det ville tage at dække hele himlen.,faktisk kan du få et spektakulært tal ved at gøre det: 5500 ganget med 32 millioner kommer ud til utrolige 176 milliarder galakser.

men det er ikke et skøn; det er en lavere grænse. Intetsteds i dette skøn dukker de for svage, for små eller for tæt på en anden galakse op. Intetsteds vises galakserne, der er skjult af den neutrale gas og støv, og heller ikke galakserne placeret ud over Hubble ‘ s rødskiftefunktioner. Men ligesom disse galakser findes i nærheden, burde de også eksistere i det unge, fjerne Univers.,

den store ingrediens, som vi har brug for at komme med et sandt skøn, er da, hvordan strukturen nøjagtigt dannes i universet., Hvis vi kan køre en simulering, der starter med:

• de ingredienser, der udgør Universet,
• de rigtige oprindelige betingelser, der afspejler vores virkelighed,
• og de korrekte fysiske love, der beskriver naturen

vi kan simulere, hvordan sådan et Univers udvikler sig. Vi kan simulere, når stjerner dannes, når tyngdekraften trækker stof ind i store nok samlinger til at skabe galakser og til at sammenligne, hvad vores simuleringer forudsiger med universet, både nær og fjern, som vi faktisk observerer.,

måske overraskende er der flere galakser det tidlige Univers end der er i dag. Men overraskende er de mindre, mindre massive og er bestemt til at smelte sammen i de gamle spiraler og elliptiske, der dominerer det univers, vi beboer i øjeblikket. Simuleringerne, der matcher bedst med virkeligheden, indeholder mørkt stof, mørk energi og små frøfluktuationer, der over tid vil vokse til stjerner, galakser og klynger af galakser.,

mest bemærkelsesværdigt, når vi ser på de simuleringer, der matcher de observerede data bedst, kan vi udtrække, baseret på vores mest avancerede forståelse, hvilke klumper af struktur der skal svare til en galakse i vores univers.

Når vi gør præcis det, får vi et tal, der ikke er en lavere grænse, men snarere et skøn for det sande antal galakser indeholdt i vores observerbare univers. Det bemærkelsesværdige svar?

Fra I dag skulle to billioner galakser eksistere i vores observerbare univers.

alligevel er dette tal så bemærkelsesværdigt forskelligt fra det nedre grænsestimat, vi kom op med fra Hubble e .treme Deep Field image., To billioner mod 176 milliarder betyder, at mere end 90% af galakserne i vores univers er uden for detektionskapaciteten hos selv menneskehedens største observatorium, selvom vi ser efter næsten en måned ad gangen.

over tid fusionerede galakser sammen og voksede, men små, svage galakser forbliver stadig i dag. Selv i vores egen lokale gruppe opdager vi stadig galakser, der kun indeholder tusinder af stjerner, og antallet af galakser, vi kender til, er steget til mere end 70., De svageste, mindste og fjerneste galakser af alle fortsætter med at gå uopdagede, men vi ved, at de skal være der. For første gang kan vi videnskabeligt estimere, hvor mange galakser der er derude i universet.

det næste trin i det store kosmiske puslespil er at finde og karakterisere så mange af dem som muligt og forstå, hvordan universet voksede op. Ledet af James Webb Space Telescope, og den næste generation af jordbaserede observatorier, herunder LSST, GMT, og ELT, vi er klar til at afsløre en hidtil uset Universet som aldrig før.