Galakser i spædbarnsuniverset var overraskende modne

Massive galakser var allerede meget mere modne i det tidlige univers end tidligere forventet. Dette blev vist af et internationalt hold af astronomer, der studerede 118 fjerne galakser med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

De fleste galakser blev dannet, da universet stadig var meget ung. Vores egen galakse, for eksempel, sandsynligvis begyndte at dannes for 13,6 milliarder år siden, i vores 13,8 milliarder år gamle univers. Da universet kun var ti procent af sin nuværende alder (1-1,5 milliarder år efter Big Bang), de fleste af galakserne oplevede en "vækstspurt". I løbet af denne tid, de opbyggede det meste af deres stjernemasse og andre egenskaber, såsom støv, tungt elementindhold, og spiralskiver, som vi ser i nutidens galakser. Derfor, hvis vi vil lære, hvordan galakser som vores Mælkevej blev dannet, det er vigtigt at studere denne epoke.

I en undersøgelse kaldet ALPINE (ALMA Large Program to Investigate C+ at Early Times), et internationalt hold af astronomer studerede 118 galakser, der oplevede en sådan "vækstspurt" i det tidlige univers. "Til vores overraskelse, mange af dem var meget mere modne, end vi havde forventet, " sagde Andreas Faisst fra Infrared Processing and Analysis Center (IPAC) ved California Institute of Technology (Caltech).

Galakser betragtes som mere "modne" end "primordiale", når de indeholder en betydelig mængde støv og tunge grundstoffer. "Vi havde ikke forventet at se så meget støv og tunge grundstoffer i disse fjerne galakser, " sagde Faisst. Støv og tunge grundstoffer (defineret af astronomer som alle grundstoffer tungere end brint og helium) anses for at være et biprodukt af døende stjerner. Men galakser i det tidlige univers har ikke haft meget tid til at bygge stjerner endnu, så astronomer forventer heller ikke at se meget støv eller tunge grundstoffer der.

"Fra tidligere undersøgelser, vi forstod, at sådanne unge galakser er støvfattige, " sagde Daniel Schaerer fra universitetet i Genève i Schweiz. "Men, vi finder omkring 20 procent af de galakser, der blev samlet i denne tidlige epoke, allerede er meget støvede, og en betydelig del af det ultraviolette lys fra nyfødte stjerner er allerede skjult af dette støv, " han tilføjede.

Mange af galakserne blev også anset for at være relativt voksne, fordi de viste en mangfoldighed i deres strukturer, inklusive de første tegn på rotationsstøttede skiver - som senere kan føre til galakser med en spiralstruktur, som det observeres i galakser som vores Mælkevej. Astronomer forventer generelt, at galakser i det tidlige univers ligner togvrag, fordi de ofte kolliderer. "Vi ser mange galakser, der kolliderer, men vi ser også en række af dem rotere på en velordnet måde uden tegn på kollisioner, " sagde John Silverman fra Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe i Japan.

ALMA har set meget fjerne galakser før, såsom MAMBO-9 (en meget støvet galakse) og Wolfe Disken (en galakse med en roterende skive). Men det var svært at sige, om disse opdagelser var unikke, eller om der var flere galakser som dem derude. ALPINE er den første undersøgelse, der gjorde det muligt for astronomer at studere et betydeligt antal galakser i det tidlige univers, og det viser, at de kan udvikle sig hurtigere end forventet. Men forskerne forstår endnu ikke, hvordan disse galakser voksede op så hurtigt, og hvorfor nogle af dem allerede har roterende diske.

Observationer fra ALMA var afgørende for denne forskning, fordi radioteleskopet kan se stjernedannelsen, der er skjult af støv, og spore bevægelsen af ​​gas, der udsendes fra stjernedannende områder. Undersøgelser af galakser i det tidlige univers bruger almindeligvis optiske og infrarøde teleskoper. Disse tillader måling af den ikke-tilslørede stjernedannelse og stjernemasser. Imidlertid, disse teleskoper har svært ved at måle områder, der er skjult for støv, hvor stjerner dannes, eller gassens bevægelser i disse galakser. Og nogle gange ser de slet ikke en galakse. "Med ALMA opdagede vi nogle få fjerne galakser for første gang. Vi kalder disse Hubble-mørke, da de ikke kunne detekteres selv med Hubble-teleskopet, " sagde Lin Yan fra Caltech.

For at lære mere om fjerne galakser, astronomerne ønsker at pege ALMA mod individuelle galakser i længere tid. "Vi vil gerne se præcis, hvor støvet er, og hvordan gassen bevæger sig rundt. Vi vil også sammenligne de støvede galakser med andre på samme afstand og finde ud af, om der kan være noget særligt ved deres miljøer, og vi vil gerne se, hvor støvet er, og hvordan gassen bevæger sig rundt. " tilføjede Paolo Cassata fra University of Padua i Italien, tidligere på Universidad de Valparaíso i Chile.

ALPINE er den første og største multi-bølgelængde undersøgelse af galakser i det tidlige univers. For en stor prøve af galakser indsamlede holdet målinger i den optiske (inklusive Subaru, VISTA, Hubble, Keck og VLT), infrarød (Spitzer), og radio (ALMA). Multibølgelængdeundersøgelser er nødvendige for at få det fulde billede af, hvordan galakser er bygget op. "Sådan en stor og kompleks undersøgelse er kun mulig takket være samarbejdet mellem flere institutter over hele kloden, " sagde Matthieu Béthermin fra Laboratoire d'Astrophysique de Marseille i Frankrig.