Unge galakser-halo giver fingerpeg om dens vækst og udvikling

Et hold af astronomer har opdaget en ny måde at låse op for mysterierne om, hvordan de første galakser dannedes og udviklede sig.

I en undersøgelse offentliggjort i dag i Astrofysiske tidsskriftsbreve , hovedforfatter Dawn Erb fra University of Wisconsin-Milwaukee og hendes team – for allerførste gang – brugte nye kapaciteter på W. M. Keck Observatory på Maunakea, Hawaii for at undersøge Q2343-BX418, en lille, ung galakse beliggende omkring 10 milliarder lysår væk fra Jorden.

Denne fjerne galakse er en analog til yngre galakser, der er for svage til at studere i detaljer, gør det til en ideel kandidat til at lære mere om, hvordan galakser så ud kort efter universets fødsel.

BX418 tiltrækker også astronomernes opmærksomhed, fordi dens gashalo afgiver en særlig type lys.

"I de sidste mange år har vi har erfaret, at de gasformige haloer, der omgiver galakser, lyser med en særlig ultraviolet bølgelængde kaldet Lyman alpha-emission. Der er mange forskellige teorier om, hvad der producerer denne Lyman-alfa-emission i galaksernes glorier, men i det mindste noget af det skyldes sandsynligvis lys, der oprindeligt er produceret af stjernedannelse i galaksen, der absorberes og genudsendes af gas i haloen, sagde Erb.

Erbs team, som omfatter Charles Steidel og Yuguang Chen fra Caltech, brugte et af observatoriets nyeste instrumenter, Keck Cosmic Web Imager (KCWI), at udføre en detaljeret spektralanalyse af BX418's gashalo; dens egenskaber kunne give fingerpeg om stjernerne, der dannes i galaksen.

"Det meste af det almindelige stof i universet er ikke i form af en stjerne eller en planet, men gas. Og det meste af den gas findes ikke i galakser, men omkring og imellem dem, sagde Erb.

Haloen er der, hvor gas kommer ind og ud af systemet. Gassen omkring galakser kan brænde dem; gas inde fra en galakse kan også undslippe ind i haloen. Denne ind- og udstrømning af gas påvirker stjernernes skæbne.

"Indstrømningen af ​​ny gas, der trænger sig ind i en galakse, giver brændstof til ny stjernedannelse, mens udstrømning af gas begrænser en galakses evne til at danne stjerner ved at fjerne gas, " siger Erb.

"Så, at forstå de komplekse interaktioner, der sker i denne gasformige halo, er nøglen til at finde ud af, hvordan galakser danner stjerner og udvikler sig."

Denne undersøgelse er en del af en stor igangværende undersøgelse, som Steidel har stået i spidsen for i mange år. Tidligere, Steidels hold studerede BX418 ved hjælp af andre instrumenter på Keck Observatory.

Denne seneste undersøgelse, der bruger KCWI, tilføjer detaljer og klarhed til billedet af galaksen og dens gashalo, hvilket ikke var muligt før; instrumentet er specielt konstrueret til at studere tjuskede strømme af svag gas, der forbinder galakser, kendt som det kosmiske web.

"Vores undersøgelse blev virkelig aktiveret af designet og følsomheden af ​​dette nye instrument. Det er ikke bare en almindelig spektrograf - det er en integreret feltspektrograf, hvilket betyder, at det er en slags kombinationskamera og spektrograf, hvor du får et spektrum af hver pixel i billedet, sagde Erb.

KCWIs magt, kombineret med Keck-teleskopernes placering på Maunakea, hvor visningsforholdene er blandt de mest uberørte på Jorden, giver nogle af de mest detaljerede glimt af kosmos.

Erbs team brugte KCWI til at tage spektre af Lyman alfa-emissionen af ​​BX418's halo. Dette gjorde det muligt for dem at spore gassen, plotte dens hastighed og rumlige udstrækning, lav derefter et 3D-kort, der viser gassens struktur og dens opførsel.

Holdets data tyder på, at galaksen er omgivet af en nogenlunde sfærisk udstrømning af gas, og at der er betydelige variationer i tætheden og hastighedsområdet for denne gas.

Erb siger, at denne analyse er den første af sin slags. Fordi det kun er blevet testet på én galakse, andre galakser skal undersøges for at se, om disse resultater er typiske.

Nu hvor holdet har opdaget en ny måde at lære om egenskaberne af den gasformige halo, håbet er, at yderligere analyse af de data, de indsamlede, og computersimuleringer, der modellerer processerne, vil give yderligere indsigt i karakteristikaene af de første galakser i vores univers.

"Når vi arbejder på at færdiggøre mere detaljeret modellering, vi vil være i stand til at teste, hvordan egenskaberne af Lyman alfa-emission i gashaloen er relateret til egenskaberne for galakserne selv, som så vil fortælle os noget om hvordan stjernedannelsen i galaksen påvirker gassen i haloen, " sagde Erb.