Oprindelsen af ​​de første strukturer dannet i galakser som Mælkevejen identificeret

Et internationalt hold af forskere ledet fra Center for Astrobiologi (CAB, CSIC-INTA), med deltagelse fra Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), har brugt Gran Telescopio Canarias (GTC) til at studere et repræsentativt udsnit af galakser, både disc og kugleformet, i en dyb himmelzone i stjernebilledet Den Store Bjørn for at karakterisere egenskaberne for stjernepopulationerne af galaktiske buler. Forskerne har været i stand til at bestemme formen for dannelse og udvikling af disse galaktiske strukturer. Resultaterne af denne undersøgelse blev for nylig offentliggjort i The Astrophysical Journal .

Forskerne fokuserede deres undersøgelse på massive disk- og sfæroidale galakser, ved hjælp af billeddata fra Hubble-rumteleskopet og spektroskopiske data fra SHARDS-projektet (Survey for High-z Absorption Red and Dead Sources), et program med observationer over hele GOODS-N-regionen (Great Observatories Origins Deep Survey—North) gennem 25 forskellige filtre taget med OSIRIS-instrumentet på Gran Telescopio Canarias (GTC), det største optiske og infrarøde teleskop i verden, ved Roque de los Muchachos-observatoriet (Garafía, La Palma, Kanariske øer).

Analyse af dataene gjorde det muligt for forskerne at opdage noget uventet:bulerne af diskgalakserne blev dannet i to bølger. En tredjedel af bulerne i skivegalakser blev dannet ved rødforskydning 6,2, som svarer til en tidlig epoke i universet, da den kun var 5% af sin nuværende alder, omkring 900 millioner år gammel. "Disse buler er levnene af de første strukturer dannet i universet, som vi har fundet skjult i lokale diskgalakser", forklarer Luca Costantin, en forsker ved CAB inden for et program for Attracting Talent of the Community of Madrid, og den første forfatter på papiret.

Men i modsætning hertil næsten to tredjedele af de observerede buler viser en middelværdi for rødforskydning på omkring 1,3, hvilket betyder, at de blev dannet meget for nylig, svarende til en alder på fire tusinde millioner år, eller næsten 35 % af universets alder.

Et ejendommeligt kendetegn, der tillader skelnen mellem de to bølger, er, at den første bølges centrale buler, de ældre buler, er mere kompakte og tætte end dem, der dannes i den anden, nyere bølge. Ud over, dataene fra de sfæroidale galakser i prøven viser en gennemsnitlig rødforskydningsværdi på 1,1, hvilket tyder på, at de er dannet i samme generelle tid som den anden bølges buler.

For Jairo Méndez Abreu, en forsker ved University of Granada (UGR) og en medforfatter til artiklen, som tidligere var en Severo Ochoa postdoc forsker ved IAC, "Idéen bag den teknik, der bruges til at observere stjernerne i den centrale bule, er ret enkel, men det har ikke været muligt at anvende det før den seneste udvikling af metoder, der har gjort det muligt for os at adskille lyset fra stjernerne i den centrale bule fra dem i skiven, for at være specifik GASP2D- og C2D-algoritmerne, som vi har udviklet for nylig, og som har gjort os i stand til at opnå en hidtil uset nøjagtighed".

Et andet vigtigt resultat af undersøgelsen er, at de to bølger af buledannelse adskiller sig ikke kun med hensyn til alderen på deres stjerner, men også med hensyn til deres stjernedannelseshastigheder. Dataene indikerer, at stjernerne i den første bølges buler blev dannet hurtigt, på tidsskalaer på typisk 200 millioner år. Tværtimod, en betydelig brøkdel af stjernerne i den anden bølges buler krævede dannelsestider fem gange længere, nogle tusinde millioner år.

"Vi har fundet ud af, at universet har to måder at danne de centrale zoner af galakser på som vores egen:Start tidligt og optræde meget hurtigt, eller tager tid at starte, men til sidst danner et stort antal stjerner i det, vi kender som bulen", kommenterer Pablo G. Pérez González, en forsker ved CAB, og hovedefterforsker af SHARDS-projektet, som gav væsentlige data til denne undersøgelse. Med Antonio Cabreras ord, chefen for videnskabsoperationer ved GTC, "SHARDS er et perfekt eksempel på, hvad der er muligt på grund af kombinationen af ​​GTC's enorme indsamlingskapacitet og de ekstraordinære forhold ved Roque de los Muchachos Observatory, at producere 180 timers data med en så fremragende billedkvalitet, afgørende for påvisningen af ​​de her analyserede objekter".

Som beskrevet af Paola Dimauro, en forsker ved National Observatory of Brazil og en medforfatter af denne artikel, "denne undersøgelse har givet os mulighed for at udforske den morfologiske udvikling og historien om samlingen af ​​de strukturelle komponenter i galakserne, analogt med arkæologiske undersøgelser, analysere informationen kodet i millioner af stjerner i hver galakse. Det interessante var at opdage, at ikke alle strukturerne blev dannet på samme tid, eller på samme måde".

Resultaterne af denne undersøgelse har gjort det muligt for observatørerne at etablere en mærkelig parallel mellem dannelsen og udviklingen gennem tiden af ​​diskgalakseundersøgelserne og skabelsen og udviklingen af ​​en stor by gennem århundrederne. Ligesom vi finder ud af, at nogle store byer har historiske centre, som er ældre og huser de ældste bygninger i rodede smalle gader, resultaterne af dette arbejde tyder på, at nogle af centrene i massive skivegalakser rummer nogle af de ældste sfæroider dannet i universet, som er blevet ved med at erhverve materiale, danner diske langsommere, den nye by udkanter i vores analogi.