Kosmisk forstørrelsesglas-effekt fanger universets lyseste galakser

Forstærket af naturlige forstørrelseslinser i rummet, NASAs Hubble-rumteleskop har fanget unikke nærbilleder af universets lyseste infrarøde galakser, som er så meget som 10, 000 gange mere lysende end vores Mælkevej.

Galaksebillederne, forstørret gennem et fænomen kaldet gravitationslinser, afslører et sammenfiltret spind af misdannede objekter præget af eksotiske mønstre som ringe og buer. De mærkelige former skyldes i høj grad, at forgrundslinsende galaksers kraftige tyngdekraft forvrænger billederne af baggrundsgalakserne. De usædvanlige former kan også være frembragt af spektakulære kollisioner mellem fjerne, massive galakser i en slags kosmisk nedrivningsderby.

"Vi har ramt jackpotten af ​​gravitationslinser, " sagde ledende forsker James Lowenthal fra Smith College i Northampton, Massachusetts. "Disse ultra-lysende, massiv, Starburst-galakser er meget sjældne. Gravitationslinser forstørrer dem, så du kan se små detaljer, som ellers er utænkelige. Vi kan se funktioner så små som omkring 100 lysår eller mindre på tværs. Vi ønsker at forstå, hvad der driver disse monstre, og gravitationslinser giver os mulighed for at studere dem mere detaljeret."

Galakserne brænder med løbsk stjernedannelse, pumper ud mere end 10, 000 nye stjerner om året. Denne usædvanligt hurtige stjernefødsel finder sted på toppen af ​​universets stjerneskabende boom for mere end 8 milliarder år siden. Stjernefødselsvanvid skaber masser af støv, som omslutter galakserne, gør dem for svage til at opdage i synligt lys. Men de lyser voldsomt i infrarødt lys, skinner med glansen fra 10 billioner til 100 billioner sole.

Gravitationslinser opstår, når den intense tyngdekraft af en massiv galakse eller en klynge af galakser forstørrer lyset af svagere, fjernere baggrundskilder. Tidligere observationer af galakserne, opdaget i langt infrarødt lys af jord- og rumbaserede observatorier, havde antydet gravitationslinser. Men Hubbles skarpe vision bekræftede forskernes mistanke.

Lowenthal præsenterer sine resultater klokken 15.15. (EDT), 6. juni, ved American Astronomical Society møde i Austin, Texas.

Ifølge forskerholdet, kun et par dusin af disse lyse infrarøde galakser findes i universet, spredt ud over himlen. De bor i usædvanligt tætte områder af rummet, der på en eller anden måde udløste hurtig stjernedannelse i det tidlige univers.

Galakserne kan have spor til, hvordan galakser blev dannet for milliarder af år siden. "Der er så mange ubekendte om stjerne- og galaksedannelse, Lowenthal forklarede. "Vi er nødt til at forstå de ekstreme tilfælde, såsom disse galakser, såvel som de gennemsnitlige tilfælde, som vores Mælkevej, for at få en komplet historie om, hvordan galakse- og stjernedannelse sker."

Ved at studere disse mærkelige galakser, astronomer skal først løsne linsende galakser i forgrunden fra de ultralyse baggrundsgalakser. At se denne effekt er som at se på genstande i bunden af ​​en swimmingpool. Vandet forvrider dit syn, ligesom linsegalaksernes tyngdekraft strækker formerne af de fjerne galakser. "Vi er nødt til at forstå arten og omfanget af disse linseeffekter for korrekt at fortolke, hvad vi ser i det fjerne, tidligt univers, " sagde Lowenthal. "Dette gælder ikke kun for disse lyseste infrarøde galakser, men sandsynligvis for de fleste eller måske endda alle fjerne galakser."

Lowenthals hold er halvvejs gennem deres Hubble-undersøgelse af 22 galakser. Et internationalt hold af astronomer opdagede først galakserne i fjernt infrarødt lys ved hjælp af undersøgelsesdata fra Den Europæiske Rumorganisations (ESA) Planck-rumobservatorium, og nogle smarte spejlinger. Holdet sammenlignede derefter disse kilder med galakser fundet i ESA's Herschel Space Observatorys katalog over fjerninfrarøde objekter og med jordbaserede radiodata taget af Very Large Array i New Mexico. Forskerne brugte derefter Large Millimeter Telescope (LMT) i Mexico til at måle deres nøjagtige afstande fra Jorden. LMT's fjerninfrarøde billeder afslørede også flere objekter, antydede, at galakserne blev gravitationslinser.

Disse lyse objekter eksisterede for mellem 8 milliarder og 11,5 milliarder år siden, da universet lavede stjerner mere energisk, end det er i dag. Galaksernes stjernefødselsproduktion er 5, 000 til 10, 000 gange højere end vores Mælkevejs. Imidlertid, de ultralyse galakser pumper stjerner ud ved kun at bruge den samme mængde gas, som Mælkevejen indeholder.

Så, det nagende spørgsmål er, hvad driver den vidunderlige stjernefødsel? "Vi har vidst i to årtier, at nogle af de mest lysende galakser i universet er meget støvede og massive, og de gennemgår udbrud af stjernedannelse, " sagde Lowenthal. "Men de har været meget svære at studere, fordi støvet gør dem praktisk talt umulige at observere i synligt lys. De er også meget sjældne:de optræder ikke i nogen af ​​Hubbles dybfeltsundersøgelser. De er i tilfældige dele af himlen, som ingen har set nærmere på før. Derfor er det så vigtigt at finde ud af, at de er gravitationslinser."

Disse galakser kan være lysere, fjernere fætre til de ultra-lysende infrarøde galakser (ULIRGS), heftig, støv-kokongeret, starburst galakser, set i det nærliggende univers. ULIRGS' stjerneskabende output er stimuleret af fusionen af ​​to spiralgalakser, hvilket er en mulighed for det stjernernes babyboom hos deres fjernere slægtninge. Imidlertid, Lowenthal sagde, at computersimuleringer af fødslen og væksten af ​​galakser viser, at store fusioner sker i en senere epoke end den, hvor disse galakser ses.

En anden idé til den stjerneskabende bølge er, at masser af gas, materialet, der laver stjerner, flyder ind i de fjerne galakser. "Det tidlige univers var tættere, så måske regner gas ned over galakserne, eller de bliver fodret af en slags kanal eller ledning, som vi ikke har fundet ud af endnu, " sagde Lowenthal. "Dette er, hvad teoretikere kæmper med:Hvordan får man al gassen ind i en galakse hurtigt nok til at få det til at ske?"

Forskerholdet planlægger at bruge Hubble og Gemini Observatory på Hawaii til at forsøge at skelne mellem forgrunds- og baggrundsgalakser, så de kan begynde at analysere detaljerne i de strålende monstergalakser.

Fremtidige teleskoper, såsom NASAs James Webb Space Telescope, et infrarødt observatorium, der er planlagt til at lancere i 2018, vil måle hastigheden af ​​galaksernes stjerner, så astronomerne kan beregne massen af ​​disse ultralysende objekter.

"Himlen er dækket af alle slags galakser, inklusive dem, der skinner i langt infrarødt lys, " sagde Lowenthal. "Det, vi ser her, er toppen af ​​isbjerget:det allerlyseste af alle."