ALMA opdager den ældste galakse med spiralmorfologi

Analyse af data opnået med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), forskere fandt en galakse med en spiralmorfologi kun 1,4 milliarder år efter Big Bang. Dette er den ældste galakse af sin art, der nogensinde er observeret. Opdagelsen af ​​en galakse med en spiralstruktur på et så tidligt tidspunkt er et vigtigt spor til at løse de klassiske spørgsmål om astronomi:"Hvordan og hvornår blev spiralgalakser dannet?"

"Jeg var spændt, fordi jeg aldrig havde set så tydelige beviser på en roterende skive, spiral struktur, og centraliseret massestruktur i en fjern galakse i enhver tidligere litteratur, " siger Takafumi Tsukui, en kandidatstuderende ved SOKENDAI og hovedforfatteren af ​​forskningspapiret offentliggjort i tidsskriftet Videnskab . "Kvaliteten af ​​ALMA-dataene var så god, at jeg var i stand til at se så mange detaljer, at jeg troede, det var en nærliggende galakse."

Mælkevejsgalaksen, hvor vi bor, er en spiralgalakse. Spiralgalakser er fundamentale objekter i universet, tegner sig for så meget som 70 % af det samlede antal galakser. Imidlertid, andre undersøgelser har vist, at andelen af ​​spiralgalakser falder hurtigt, når vi ser tilbage gennem universets historie. Så, hvornår blev spiralgalakserne dannet?

Tsukui og hans vejleder Satoru Iguchi, en professor ved SOKENDAI og National Astronomical Observatory of Japan, bemærket en galakse kaldet BRI 1335-0417 i ALMA Science Archive. Galaksen eksisterede for 12,4 milliarder år siden og indeholdt en stor mængde støv, som skjuler stjernelyset. Dette gør det vanskeligt at studere denne galakse i detaljer med synligt lys. På den anden side, ALMA kan detektere radioemissioner fra kulstofioner i galaksen, som gør os i stand til at undersøge, hvad der foregår i galaksen.

Forskerne fandt en spiralstruktur, der strækker sig 15, 000 lysår fra galaksens centrum. Dette er en tredjedel af størrelsen af ​​Mælkevejsgalaksen. Den estimerede samlede masse af stjernerne og det interstellare stof i BRI 1335-0417 er nogenlunde lig med Mælkevejens.

"Da BRI 1335-0417 er et meget fjernt objekt, vi kan måske ikke se den sande kant af galaksen i denne observation, " kommenterer Tsukui. "For en galakse, der eksisterede i det tidlige univers, BRI 1335-0417 var en kæmpe."

Så bliver spørgsmålet, hvordan blev denne særskilte spiralstruktur dannet kun 1,4 milliarder år efter Big Bang? Forskerne overvejede flere mulige årsager og foreslog, at det kunne skyldes en interaktion med en lille galakse. BRI 1335-0417 danner aktivt stjerner, og forskerne fandt ud af, at gassen i den ydre del af galaksen er gravitationsmæssigt ustabil, hvilket er befordrende for stjernedannelse. Denne situation vil sandsynligvis opstå, når en stor mængde gas tilføres udefra, muligvis på grund af sammenstød med mindre galakser.

BRI 1335-0417's skæbne er også omgærdet af mystik. Galakser, der indeholder store mængder støv og aktivt producerer stjerner i det gamle univers, menes at være forfædre til de gigantiske elliptiske galakser i det nuværende univers. I det tilfælde, BRI 1335-0417 ændrer sin form fra en skivegalakse til en elliptisk galakse i fremtiden. Eller, i modsætning til den gængse opfattelse, galaksen kan forblive en spiralgalakse i lang tid. BRI 1335-0417 vil spille en vigtig rolle i studiet af galakseforms evolution gennem universets lange historie.

"Vores solsystem er placeret i en af ​​Mælkevejens spiralarme, " forklarer Iguchi. "At spore rødderne til spiralstrukturen vil give os spor til det miljø, hvori solsystemet blev født. Jeg håber, at denne forskning yderligere vil fremme vores forståelse af galaksernes dannelseshistorie."

Disse forskningsresultater er præsenteret i T. Tsukui &S. Iguchi "Spiral morfologi i en intenst stjernedannende diskgalakse for mere end 12 milliarder år siden" offentliggjort online af tidsskriftet Videnskab på torsdag, 20 maj, 2021.