Afslører mysteriet om tidlige massive galakser, der kører på tomgang

Tidlige massive galakser - dem, der blev dannet i de 3 milliarder år efter Big Bang - burde have indeholdt store mængder kold brintgas, det brændstof, der kræves for at lave stjerner. Men forskere, der observerer det tidlige univers med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) og Hubble Space Telescope, har opdaget noget mærkeligt:​​et halvt dusin tidlige massive galakser, der løb tør for brændstof. Resultaterne af undersøgelsen offentliggøres i dag i Natur .

De seks galakser med høj rødforskydning, der blev udvalgt til observation fra REQUIEM-undersøgelsen, er kendt som "udsluktede" galakser - eller galakser, der har lukket for stjernedannelsen, ikke i overensstemmelse med, hvad astronomer forventer af det tidlige univers.

"De mest massive galakser i universet levede hurtigt og rasende, skabe deres stjerner på bemærkelsesværdigt kort tid. Gas, brændstoffet til stjernedannelse, burde være rigeligt på disse tidlige tidspunkter i universet, " sagde Kate Whitaker, hovedforfatter på undersøgelsen, og assisterende professor i astronomi ved University of Massachusetts, Amherst. "Vi troede oprindeligt, at disse slukkede galakser ramte bremserne blot et par milliarder år efter Big Bang. I vores nye forskning, vi har konkluderet, at tidlige galakser faktisk ikke bremsede, men hellere, de kørte på tomme."

For bedre at forstå, hvordan galakserne blev dannet og døde, holdet observerede dem ved hjælp af Hubble, som afslørede detaljer om stjernerne i galakserne. Samtidige observationer med ALMA afslørede galaksernes kontinuumemission - et spor af støv - ved millimeterbølgelængder, giver holdet mulighed for at udlede mængden af ​​gas i galakserne. Brugen af ​​de to teleskoper er ved omhyggelig design, da formålet med REQUIEM er at bruge stærk gravitationslinser som et naturligt teleskop til at observere sovende galakser med højere rumlig opløsning. Det her, på tur, giver videnskabsfolk et klart overblik over galaksers interne handlinger, en opgave ofte umulig med dem, der kører på tom.

"Hvis en galakse ikke laver mange nye stjerner, bliver den meget hurtigt svag, så det er svært eller umuligt at observere dem i detaljer med et individuelt teleskop. REQUIEM løser dette ved at studere galakser, der er gravitationslinser, hvilket betyder, at deres lys bliver strakt og forstørret, når det bøjer og vrider sig omkring andre galakser meget tættere på Mælkevejen, " sagde Justin Spilker, en medforfatter på det nye studie, og en NASA Hubble postdoc ved University of Texas i Austin. "På denne måde gravitationslinser, kombineret med Hubbles og ALMAs opløsningskraft og følsomhed, fungerer som et naturligt teleskop og får disse døende galakser til at se større og lysere ud, end de er i virkeligheden, giver os mulighed for at se, hvad der foregår, og hvad der ikke er."

De nye observationer viste, at ophøret med stjernedannelsen i de seks målgalakser ikke var forårsaget af en pludselig ineffektivitet i omdannelsen af ​​kold gas til stjerner. I stedet, det var resultatet af udtømningen eller fjernelsen af ​​gasreservoirerne i galakserne. "Vi forstår endnu ikke, hvorfor det sker, men mulige forklaringer kan være, at enten er den primære gasforsyning, der driver galaksen, afbrudt, eller måske injicerer et supermassivt sort hul energi, der holder gassen i galaksen varm, " sagde Christina Williams, en astronom ved University of Arizona og medforfatter til forskningen. "I bund og grund, det betyder, at galakserne ikke er i stand til at genopfylde brændstoftanken, og dermed, ude af stand til at genstarte motoren på stjerneproduktion."

Undersøgelsen repræsenterer også en række vigtige nyheder inden for måling af tidlige massive galakser, syntetisere information, der vil guide fremtidige studier af det tidlige univers i de kommende år. "Dette er de første målinger af det kolde støvkontinuum af fjerne sovende galakser, og faktisk de første målinger af denne art uden for lokaluniverset, " sagde Whitaker, tilføjer, at den nye undersøgelse har gjort det muligt for forskere at se, hvor meget gas individuelle døde galakser har. "Vi var i stand til at undersøge brændstoffet til stjernedannelse i disse tidlige massive galakser dybt nok til at tage de første målinger af gastankens aflæsning, giver os et kritisk manglende syn på disse galaksers egenskaber for kold gas."

Selvom holdet nu ved, at disse galakser kører tomme, og at noget forhindrer dem i at genopfylde tanken og danne nye stjerner, undersøgelsen repræsenterer blot den første i en række af undersøgelser af, hvad der fik tidlige massive galakser til at gå, eller ikke. "Vi har stadig så meget at lære om, hvorfor de mest massive galakser blev dannet så tidligt i universet, og hvorfor de lukkede deres stjernedannelse, når så meget kold gas var let tilgængelig for dem, " sagde Whitaker. "Alene det faktum, at disse enorme dyr i kosmos dannede 100 milliarder stjerner inden for omkring en milliard år og derefter pludselig lukkede deres stjernedannelse, er et mysterium, vi alle ville elske at løse, og REQUIEM har givet den første ledetråd."