Et team af astronomer har opdaget en støvfyldt, massiv galakse, der udrangerede stjerner, da kosmos kun var 880 millioner år gammel - hvilket gør den til den tidligste stjernebarstgalakse, der nogensinde er observeret.
Mindre begynder større.
Dette er ofte tilfældet for galakser, i det mindste: de første galakser var små, hvorefter de til sidst blev fusioneret sammen for at danne de behemoths, vi ser i det nuværende univers.
Disse mindre galakser producerede stjerner i en beskeden hastighed; først senere - da universet var et par milliarder år gammelt - begyndte langt de fleste større galakser at danne og akkumulere nok gas og støv til at blive produktive stjernefabrikker. Faktisk har astronomer observeret, at disse stjernefabrikker - kaldet starburst-galakser - blev udbredt et par milliarder år efter Big Bang.
Se større | Dette er M82, prototypen på en nærliggende starburst-galakse. Det er kun 12 millioner lysår væk og producerer stjerner i en hastighed 10 gange hurtigere end vores hele galakse. I dag - 17. april 2013 - annoncerede CalTech-astronomer en meget fjern galakse i starburst. Det er milliarder af lysår væk, beliggende i det tidlige univers. Det genererer masseækvivalentet på 2.900 solskin om året. Kreditering via NASA / ESA / Hubble Heritage Team (STScI / AURA)
Men nu har et team af astronomer, der inkluderer adskillige fra California Institute of Technology (Caltech), opdaget en støvfyldt, massiv galakse, der klynger ud stjerner, da kosmos kun var 880 millioner år gammel - hvilket gør den til den tidligste stjernebrydende galakse nogensinde observeret.
Galaksen er omtrent lige så massiv som vores Mælkevej, men producerer stjerner med en hastighed, der er 2.000 gange større, hvilket er en hastighed, der er så høj som enhver galakse i universet. Ved at generere masseækvivalentet på 2.900 solskin om året, er galaksen særlig vidunderlig - hvilket får teamet til at kalde det en "maksimal-starburst" -galakse.
”Massive, intense stjernebarstgalakser forventes kun at optræde på senere kosmiske tidspunkter,” siger Dominik Riechers, der ledede forskningen, mens han var seniorforsker i Caltech. ”Alligevel har vi opdaget dette kolossale starburst kun 880 millioner år efter Big Bang, da universet var lidt over 6 procent af sin nuværende alder.” Riechers er nu en lektor ved Cornell, den første forfatter til papiret, der beskriver resultaterne i 18. april-udgaven af tidsskriftet Nature.
Kunstnerens indtryk af starburst galakse HFLS3. Det ser ud som lidt mere end en svag, rød udtværing i billeder taget fra nær Jorden, men det er faktisk en stjernefabrik, der gør stjerner 2.000 gange hurtigere end vores Mælkevej. Billede via CalTech.
Mens opdagelsen af denne enkelt galakse ikke er nok til at vælte de nuværende teorier om dannelse af galakse, kan det at finde flere galakser som denne kunne udfordre disse teorier, siger astronomerne. I det mindste skal teorier ændres for at forklare, hvordan denne galakse, kaldet HFLS3, dannedes, siger Riechers.
”Denne galakse er kun et spektakulært eksempel, men det fortæller os, at ekstremt kraftig stjernedannelse var mulig tidligt i universet,” siger Jamie Bock, professor i fysik ved Caltech og en medforfatter til papiret.
Astronomerne fandt HFLS3-chock fuld af molekyler som kulilte, ammoniak, hydroxid og endda vand. Fordi de fleste af elementerne i universet - bortset fra brint og helium - smeltes sammen i stjernernes atomovne, er en sådan rig og mangfoldig kemisk sammensætning et tegn på aktiv stjernedannelse. Og faktisk, siger Bock, den kemiske sammensætning af HFLS3 svarer til den fra andre kendte stjerneburstgalakser, der eksisterede senere i den kosmiske historie.
Galaksen HFLS3 vises som en lille rød prik i disse billeder fra Herschel Submillimeter-teleskopet. Billede via ESA / Herschel / HerMES / IRAM / GTC / W.M. Keck Observatorium
Sidste måned opdagede et Caltech-ledet team af astronomer - hvoraf nogle også er forfattere til dette nyere værk - snesevis af lignende galakser, der producerede stjerner så tidligt som 1,5 milliarder år efter Big Bang. Men ingen af dem eksisterede så tidligt som HFLS3, som er blevet undersøgt meget mere detaljeret.
Disse tidligere observationer blev gjort muligt ved gravitationslinsering, hvor store forgrundgalakser fungerer som kosmiske forstørrelsesglas, bøjede lyset fra starburst-galakserne og letter deres detektering. HFLS3 er imidlertid kun svagt linse, hvis overhovedet. Den kendsgerning, at den kunne påvises uden hjælp af linser, betyder, at den i sig selv er en lys galakse i langt infrarødt lys - næsten 30 billioner gange så lysende som Solen og 2.000 gange mere lysende end Mælkevejen.
Fordi galaksen er indhyllet i støv, er den meget svag i synligt lys. Galaxens stjerner opvarmer imidlertid støvet, hvilket får den til at stråle i infrarøde bølgelængder. Astronomerne kunne finde HFLS3, da de sigtede gennem data, der blev taget af Det Europæiske Rumagenturs Herschel Space Observatory, der studerer det infrarøde univers. Dataene var en del af Herschel Multi-tiered Extragalactic Survey (HerMES), en indsats, der blev koordineret af Bock for at observere en stor himmelplaster (ca. 1.300 gange månens størrelse) med Herschel.
Midt i de tusinder af galakser, der blev fundet i undersøgelsen, syntes HFLS3 som bare en svag prik - men en særlig rød. Det fandt opmærksomheden på Darren Dowell, en besøgende medarbejder i Caltech, der analyserede HerMES-dataene. Objektets rødme betød, at dens lys blev strækket sig væsentligt mod længere (og rødere) bølgelængder ved udvidelsen af universet. Jo fjernere et objekt er, jo mere strækkes lyset, og derfor ville en meget rød kilde være meget langt væk. Den eneste anden mulighed ville være, at - fordi køligere genstande udsender lys ved længere bølgelængder - objektet kan være usædvanligt koldt; astronomenes analyse udelukkede imidlertid denne mulighed. Fordi det tager lys milliarder af år at rejse over rummet, er det at se et så langt objekt ligestille med at se dybt ind i fortiden. ”Vi håbede på at finde en massiv starburst-galakse i store afstande, men vi forventede ikke, at man endda ville eksistere så tidligt i universet,” siger Riechers.
For at studere HFLS3 yderligere zoomede astronomerne ind med flere andre teleskoper. Ved hjælp af det kombinerede array til forskning i millimeterbølge-astronomi (CARMA) - en række teleskopskiver, som Caltech hjælper med at betjene i Inyo-bjergene i Californien - samt Z-Spec-instrumentet på Caltech Submillimeter-observatorium på Mauna Kea på Hawaii, teamet var i stand til at undersøge den kemiske sammensætning af galaksen i detaljer - især tilstedeværelsen af vand og kulilte - og måle dens afstand. Forskerne brugte også 10-meter-teleskopet ved W. M. Keck-observatoriet på Mauna Kea til at bestemme, i hvilket omfang HFLS3 var linseret på gravitationsmæssigt grundlag.
Denne galakse er det første sådanne objekt i HerMES-undersøgelsen, der analyseres detaljeret. Denne type galakse er sjælden, siger astronomerne, men for at bestemme, hvor sjældent, vil de forfølge flere opfølgningsundersøgelser for at se, om de kan finde flere af dem, der lurer i HerMES-dataene. Disse resultater antyder også, hvad der snart kan opdages med større infrarøde observatorier, såsom den nye Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) i Chile og det planlagte Cerro Chajnantor Atacama Telescope (CCAT), hvor Caltech er en partnerinstitution.
Via Caltech