En ung, men fuldstændig udviklet fuldstændig selvfremstillet galakse

Så ung og allerede så udviklet:Takket være observationer opnået ved det store kikkertteleskop, et internationalt team af forskere koordineret af Paolo Saracco fra Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF, Italien) var i stand til at rekonstruere den vilde evolutionære historie af en ekstremt massiv galakse, der eksisterede for 12 milliarder år siden, da universet kun var 1,8 milliarder år gammelt, mindre end 13 % af sin nuværende alder. denne galakse, døbt C1-23152, dannet på kun 500 millioner år, en utrolig kort tid til at give anledning til en masse på omkring 200 milliarder sole. For at gøre det, den producerede så mange som 450 stjerner om året, mere end én om dagen, en stjernedannelseshastighed næsten 300 gange højere end den nuværende hastighed i Mælkevejen. Oplysningerne fra denne undersøgelse vil være grundlæggende for galaksedannelsesmodeller for objekter, som det i øjeblikket er vanskeligt at redegøre for.

De mest massive galakser i universet når masser af flere hundrede milliarder gange solens, og selvom de numerisk kun er en tredjedel af alle galakser, de indeholder mere end 70 % af stjernerne i universet. Af denne grund, hastigheden, hvormed disse galakser blev dannet, og den involverede dynamik er blandt de mest omdiskuterede spørgsmål i moderne astrofysik. Den nuværende model for galaksedannelse - den såkaldte hierarkiske model - forudsiger, at mindre galakser blev dannet tidligere, mens mere massive systemer blev dannet senere, gennem efterfølgende sammenlægninger af de allerede eksisterende mindre galakser.

På den anden side, nogle af egenskaberne ved de mest massive galakser observeret i lokaluniverset, såsom alderen på deres stjernepopulationer, tyder i stedet på, at de blev dannet i tidlige epoker. Desværre, den mangfoldighed af evolutionære fænomener, som galakser kan gennemgå i løbet af deres liv, tillader ikke astronomer at definere den måde, hvorpå de er dannet, efterlader store usikkerhedsmargener. Imidlertid, et svar på disse spørgsmål kan komme fra studiet af egenskaberne ved massive galakser i det tidlige univers, så tæt som muligt på det tidspunkt, hvor de dannede det meste af deres masse.

Sytten timers spektroskopiske observationer af den elliptiske galakse C1-23152 med Large Binocular Telescope (LBT) gjorde det muligt for Saraccos hold at rekonstruere sin evolutionære historie i en periode, hvor universet var mindre end 13 % af sin nuværende alder. "Dataene viser, at dannelsestiden for C1-23152, det er, den tid, der gik mellem dannelsen af ​​de første stjerner fra den allerede eksisterende gas til det øjeblik, hvor stjernedannelsen næsten var ophørt, er mindre end 500 millioner år, " siger Paolo Saracco, forsker ved INAF i Milano og førsteforfatter til artiklen publiceret i The Astrophysical Journal . "Også, fra data indsamlet med LBT, vi var i stand til at fastslå, at på denne korte tid, svarende til mindre end fire hundrededele af universets alder, galaksen dannede en masse svarende til omkring 200 milliarder stjerner som solen, det er, omkring 450 sole om året. Vores galakse, Mælkevejen, udgør nu ikke mere end to om året, " tilføjer Danilo Marchesini, fuld professor ved Tufts University og anden forfatter til artiklen. Derudover den store mængde information indsamlet gjorde det muligt for holdet at kvantificere mængden af ​​kemiske grundstoffer tungere end helium (den såkaldte metallicitet) for første gang i en galakse så fjernt:Stjernerne i denne galakse har, overraskende, en højere metallicitet end solens, svarende til det, der observeres i de mest massive galakser i universet i dag.

"Disse observationer viste, at dannelsen af ​​de mest massive galakser i universet kan ske ekstremt hurtigt, gennem en ekstremt intens stjernedannelsesproces i det tidlige univers, som for C1-23152, siger Francesco La Barbera, forsker ved INAF i Napoli.

"Forståelse af, om scenariet, der beskriver dannelsen af ​​C1-23152, er et bestemt tilfælde, eller om, tværtimod, det er hvad der sker for de fleste af de mest massive galakser i universet, er af grundlæggende betydning, da dette ville kræve en grundig revision af galaksedannelsesmodellerne, " tilføjer Adriana Gargiulo, også forsker ved INAF i Milano og medforfatter til undersøgelsen.

Dannelsen af ​​stjernemasser så høje som for C1-23152 kræver både store gasmasser for at blive omdannet til stjerner og særlige fysiske forhold. Et muligt scenarie, som forskerne har antaget, er, at massive primordiale gasskyer, falder under påvirkningen af ​​tyngdekraften i samme region, kollidere, udløser voldsomme og massive stjernedannelsesprocesser. Fra et observationssynspunkt, forløberne for de mest massive galakser kunne derfor være fjerntliggende galakser med en meget høj stjernedannelseshastighed.

"For at teste vores hypoteser, de observationer, som den næste generation af instrumenter vil give os mulighed for at udføre, vil være afgørende, i særdeleshed, James Webb Space Telescope (JWST), som vil blive opsendt i kredsløb i slutningen af ​​2021, og Extremely Large Telescope (ELT) det største jordbaserede teleskop nogensinde bygget, med et hovedspejl på 39 meter i diameter, som vil være operationel i 2026, " slutter Saracco.