Finder fusionerende galakser

For over 30 år siden, den infrarøde astronomisatellit opdagede, at universet indeholdt mange ekstremt lysende galakser, nogle mere end tusind gange lysere end vores egen Mælkevej, men som er praktisk talt usynlige ved optiske bølgelængder. Disse galakser er drevet af udbrud af stjernedannelse begravet dybt inde i skyer af støv og gas. Støvet absorberer det ultraviolette lys, mens det udstråler ved infrarøde bølgelængder. I mange tilfælde blev hyperaktiviteten udløst af et kollisionsmøde mellem galakser, der gjorde det lettere at kollapse interstellar gas til nye stjerner.

Kollisioner mellem galakser er almindelige. Ja, de fleste galakser har sandsynligvis været involveret i et eller flere møder i løbet af deres levetid, gør disse interaktioner til en vigtig fase i galakseudviklingen og dannelsen af ​​stjerner i universet. Mælkevejen, for eksempel, er bundet af tyngdekraften til Andromeda-galaksen og nærmer sig den med en hastighed på omkring 50 kilometer i sekundet; vi forventes at mødes om endnu en milliard år eller deromkring. I lokaluniverset er omkring fem procent af galakserne i øjeblikket i en fusion, og fusioner kan normalt let identificeres ved de synlige morfologiske forvrængninger, de producerer, såsom tidevandshaler, der fejer ud fra de galaktiske skiver.

Ikke alle infrarøde lysende galakser viser sådanne forvrængninger, imidlertid, og spørgsmålet om at identificere (og klassificere) fusioner bliver særligt problematisk for studier af tidligere kosmiske epoker, hvor stjernedannelseshastighederne var meget højere end i dag, og da fusionshastigheden af ​​galakser også var højere. (I øvrigt, sådanne systemer opdages fortrinsvis i dybe galakseundersøgelser, netop fordi de er så lysende.) Men galakser i det fjerne kosmos er for fjerne til at detektere rumlige signaturer som tidevandsarme (i det mindste med nuværende teleskoper). Det er muligt, at andre processer udover fusionsinduceret stjernedannelse lyser nogle af disse lyse galakser op, for eksempel kan tiltagende supermassive sorte huller udsende rigelige mængder ultraviolet stråling. På grund af sådanne tilfælde, estimater af stjernedannelse i det tidlige univers baseret på lysstyrkemålinger alene kunne være forkerte.

CfA-astronom Lars Hernquist er en pioner inden for udvikling af computersimuleringer af fusionerende galakser. For flere år siden producerede han og et team af kolleger en massiv ny simulering af dannelsen og udviklingen af ​​galakser i universet, kaldet Illustris. I et nyt papir baseret på Ilustris simulerede billeder af fusionsgalakser, astronomerne præsenterer en måde at hjælpe med at identificere, hvornår billedsystemer er fusioner. De skabte omkring en million syntetiske Hubble- og James Webb-rumteleskopbilleder fra deres simulerede fusioner, og så efter almindelige morfologiske indikatorer for sammensmeltning. De udviklede en algoritme, der med succes identificerede fusioner på omtrent halvfjerds procents fuldstændighedsniveau ud til afstande på så meget som femogfirs milliarder lysår (den nuværende afstandsværdi), svarende til lys fra epoken omkring 2 milliarder år efter big bang. Resultater fra algoritmen indikerede, at rumlige træk forbundet med stærke centrale koncentrationer (eller buler) var vigtigst for at udvælge tidligere fusioner, mens dobbeltkerner og asymmetrier var vigtigst for at udvælge fremtidige fusioner (dvs. engang i de næste 250 millioner år). Den nye algoritme vil være særlig værdifuld, når den anvendes på fremtidige Webb-billeder af meget fjerne fusioner.