ALMA opdager en massiv roterende disk i det tidlige univers

I vores 13,8 milliarder år gamle univers, de fleste galakser som vores Mælkevej dannes gradvist, når deres store masse relativt sent. Men en ny opdagelse gjort med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) af en massiv roterende diskgalakse, set, da universet kun var ti procent af sin nuværende alder, udfordrer de traditionelle modeller for galaksedannelse. Denne forskning vises den 20. maj 2020 i tidsskriftet Natur .

Galaxy DLA0817g, tilnavnet Wolfe Disk efter den afdøde astronom Arthur M. Wolfe, er den fjerneste roterende diskgalakse, der nogensinde er observeret. ALMAs enestående kraft gjorde det muligt at se denne galakse snurre med 170 miles (272 kilometer) i sekundet, ligner vores Mælkevej.

"Mens tidligere undersøgelser antydede eksistensen af ​​disse tidlige roterende gasrige diskgalakser, takket være ALMA har vi nu utvetydige beviser for, at de opstår så tidligt som 1,5 milliarder år efter Big Bang, " sagde hovedforfatter Marcel Neeleman fra Max Planck Institute for Astronomy i Heidelberg, Tyskland.

Hvordan opstod Wolfe Disken?

Opdagelsen af ​​Wolfe Disk giver en udfordring for mange galaksedannelsessimuleringer, som forudsiger, at massive galakser på dette tidspunkt i udviklingen af ​​kosmos voksede gennem mange sammensmeltninger af mindre galakser og varme gasklumper.

"De fleste galakser, som vi finder tidligt i universet, ligner togvrag, fordi de gennemgik konsekvent og ofte 'voldelig' sammensmeltning, " forklarede Neeleman. "Disse varme fusioner gør det vanskeligt at danne velordnet, kolde roterende skiver, som vi observerer i vores nuværende univers."

I de fleste galaksedannelsesscenarier, galakser begynder først at vise en velformet disk omkring 6 milliarder år efter Big Bang. Det faktum, at astronomerne fandt sådan en diskgalakse, da universet kun var ti procent af sin nuværende alder, indikerer, at andre vækstprocesser må have domineret.

"Vi tror, ​​at Wolfe Disk primært er vokset gennem den konstante tilvækst af kold gas, " sagde J. Xavier Prochaska, fra University of California, Santa Cruz og medforfatter til papiret. "Stadig, et af de spørgsmål, der er tilbage, er, hvordan man samler en så stor gasmasse, samtidig med at en relativt stabil, roterende disk."

Stjernedannelse

Holdet brugte også National Science Foundations Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) og NASA/ESA Hubble Space Telescope til at lære mere om stjernedannelse i Wolfe Disken. I radiobølgelængder, ALMA så på galaksens bevægelser og masse af atomart gas og støv, mens VLA målte mængden af ​​molekylær masse - brændstoffet til stjernedannelse. I UV-lys, Hubble observerede massive stjerner. "Stjernedannelseshastigheden i Wolfe Disken er mindst ti gange højere end i vores egen galakse, " forklarede Prochaska. "Det må være en af ​​de mest produktive diskgalakser i det tidlige univers."

En 'normal' galakse

Wolfe Disk blev først opdaget af ALMA i 2017. Neeleman og hans team fandt galaksen, da de undersøgte lyset fra en fjernere kvasar. Lyset fra kvasaren blev absorberet, da det passerede gennem et massivt reservoir af brintgas, der omgiver galaksen - og det var sådan, det afslørede sig selv. I stedet for at lede efter direkte lys fra ekstremt lyse, men mere sjældne galakser, astronomer brugte denne 'absorptionsmetode' til at finde svagere, og mere 'normale' galakser i det tidlige univers.

"Det faktum, at vi fandt Wolfe Disk ved hjælp af denne metode, fortæller os, at den tilhører den normale population af galakser, der var til stede på tidlige tidspunkter, " sagde Neeleman. "Da vores nyeste observationer med ALMA overraskende viste, at den roterer, vi indså, at tidlige roterende diskgalakser ikke er så sjældne, som vi troede, og at der burde være mange flere af dem derude."

"Denne observation illustrerer, hvordan vores forståelse af universet forbedres med den avancerede følsomhed, som ALMA bringer til radioastronomi, " sagde Joe Pesce, astronomi program direktør ved National Science Foundation, som finansierer teleskopet. "ALMA giver os mulighed for at lave nye, uventede fund med næsten hver observation."