Astronomer har for første gang været vidne til en spiralgalakse i det tidlige univers, milliarder af år, før mange andre spiralgalakser dannede sig. I fund, der blev rapporteret 19. juli i tidsskriftet Nature, sagde astronomerne, at de opdagede det, mens de brugte Hubble-rumteleskopet til at tage billeder af omkring 300 meget fjerne galakser i det tidlige univers og for at studere deres egenskaber. Denne fjerne spiralgalakse observeres, da den eksisterede ca. tre milliarder år efter Big Bang, og lys fra denne del af universet har rejst til Jorden i ca. 10,7 milliarder år.
”Når du går tilbage i tiden til det tidlige univers, ser galakser virkelig underlige, klumpede og uregelmæssige, ikke symmetriske,” sagde Alice Shapley, en UCLA-lektor i fysik og astronomi og medforfatter til studiet. ”Langt de fleste gamle galakser ligner togvrag. Vores første tanke var, hvorfor er denne så anderledes og så smuk? ”
Billedkredit: Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics / Joe Bergeron
Galakser i dagens univers opdeles i forskellige typer, herunder spiralgalakser som vores egen Mælkevej, som roterer skiver af stjerner og gas, hvor nye stjerner dannes, og elliptiske galakser, der inkluderer ældre, rødere stjerner, der bevæger sig i tilfældige retninger. Blandingen af galakse-strukturer i det tidlige univers er en helt anden, med en meget større mangfoldighed og større fraktion af uregelmæssige galakser, sagde Shapley.
”Det faktum, at denne galakse findes, er forbløffende,” sagde David Law, hovedforfatter af studiet og Dunlap Institute postdoktor ved University of Toronto's Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics. ”Aktuel visdom hævder, at sådanne‘ grand-design ’spiralgalakser simpelthen ikke eksisterede på et så tidligt tidspunkt i universets historie.” En ‘grand design’ galakse har fremtrædende, velformede spiralarme.
Galaksen, der går under det ikke særlig glamorøse navn BX442, er ret stor sammenlignet med andre galakser fra denne tidlige tid i universet; kun ca. 30 af de galakser, som Law og Shapley analyserede, er lige så massive som denne galakse.
For at få en dybere indsigt i deres unikke billede af BX442 gik Law og Shapley til W.M. Keck Observatorium oven på Hawaiis sovende Mauna Kea-vulkan og brugte et unikt state-of-the-science instrument kaldet OSIRIS spektrograf, som blev bygget af James Larkin, en UCLA-professor i fysik og astronomi. De studerede spektre fra ca. 3.600 lokationer i og omkring BX442, som leverede værdifulde oplysninger, der gjorde det muligt for dem at bestemme, at det faktisk er en roterende spiralgalakse - og ikke for eksempel to galakser, der tilfældigvis stod op på billedet.
”Vi troede først, at dette bare kunne være en illusion, og at vi måske blev ført på villspor af billedet,” sagde Shapley. ”Hvad vi fandt, da vi tog det spektrale billede af denne galakse, er, at spiralarmene hører til denne galakse. Det var ikke en illusion. Vi blev sprængt væk. ”Law og Shapley ser også nogle beviser for et enormt sort hul midt i galaksen, som muligvis kan spille en rolle i udviklingen af BX442.
Hvorfor ser BX442 ud som galakser, der er så almindelige i dag, men som var så sjældne dengang?
Law og Shapley mener, at svaret kan have at gøre med en ledsagende dværggalakse, som OSIRIS-spektrografen afslører som en klods i den øverste venstre del af billedet og tyngdekraftsinteraktionen mellem dem. Støtte til denne idé ydes af en numerisk simulering udført af Charlotte Christensen, en postdoktor ved University of Arizona og en medforfatter af forskningen i Nature. Til sidst vil den lille galakse sandsynligvis smelte sammen i BX442, sagde Shapley.
Billedkredit: David Law / Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics
”BX442 ligner en nærliggende galakse, men i det tidlige univers kolliderede galakser meget hyppigere,” sagde hun. ”Der regnede gas ind fra det intergalaktiske medium og fodringsstjerner, der blev dannet i en meget hurtigere hastighed end de er i dag; sorte huller voksede også meget hurtigere. Universet i dag er kedeligt sammenlignet med denne tidlige tid. ”
Law, en tidligere Hubble-postdoktor ved UCLA, og Shapley vil fortsætte med at studere BX442.
”Vi vil tage billeder af denne galakse på andre bølgelængder,” sagde Shapley. ”Det vil fortælle os, hvilken type stjerner der er på ethvert sted i galaksen. Vi ønsker at kortlægge blandingen af stjerner og gas i BX442. ”
Shapley sagde, at BX442 repræsenterer en forbindelse mellem tidlige galakser, der er meget mere turbulente og de roterende spiralgalakser, som vi ser omkring os. ”Faktisk kan denne galakse fremhæve betydningen af fusionsinteraktioner på enhver kosmisk epoke i skabelsen af stor spiralstruktur,” sagde hun.
At studere BX442 vil sandsynligvis hjælpe astronomer med at forstå, hvordan spiral galakser som Mælkevejen form, sagde Shapley.
Medforfattere er Charles Steidel, Lee A. DuBridge-professor i astronomi ved Californien Institut for Teknologi; Naveen Reddy, assisterende professor i fysik og astronomi ved UC Riverside; og Dawn Erb, assisterende professor i fysik ved University of Wisconsin, Milwaukee.
Shapleys forskning er finansieret af David og Lucile Packard Foundation.
UCLA er Californiens største universitet med en tilmelding af næsten 38.000 bachelor- og kandidatstuderende. UCLA College of Letters and Science og universitetets 11 professionelle skoler har anerkendt fakultet og tilbyder 337 gradsuddannelser og majors. UCLA er en national og international leder inden for bredden og kvaliteten af dets akademiske, forskning, sundhedsvæsen, kultur, efteruddannelse og atletiske programmer. Seks alumner og fem fakulteter er blevet tildelt Nobelprisen.
Genudgivet med tilladelse fra UCLA.