Afsløring af galakser ved kosmisk daggry, der gemte sig bag støvet

Når astronomer kigger dybt ind i nattehimlen, de observerer, hvordan universet så ud for længe siden. Fordi lysets hastighed er begrænset, at studere de fjerneste observerbare galakser giver os mulighed for at få et glimt af milliarder af år ind i fortiden, da universet var meget ungt, og galakserne lige var begyndt at danne stjerner. At studere dette "tidlige univers" er en af ​​de sidste grænser inden for astronomi og er afgørende for at konstruere nøjagtige og konsistente astrofysiske modeller. Et nøglemål for videnskabsmænd er at identificere alle galakserne i den første milliard år af kosmisk historie og at måle den hastighed, hvormed galakserne voksede ved at danne nye stjerner.

Forskellige bestræbelser er blevet gjort i løbet af de sidste årtier for at observere fjerne galakser, som er karakteriseret ved elektromagnetiske emissioner, der bliver kraftigt rødforskudt (forskydes mod længere bølgelængder), før de når Jorden. Indtil nu, vores viden om tidlige galakser har for det meste været afhængig af observationer med Hubble Space Telescope (HST) og store jordbaserede teleskoper, som undersøger deres ultraviolette (UV) emission. Imidlertid, for nylig, astronomer er begyndt at bruge Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA)-teleskopets unikke evne til at studere fjerne galakser ved submillimeter-bølgelængder. Dette kunne være særligt nyttigt til at studere støvede galakser, der blev savnet i HST-undersøgelserne på grund af den støvabsorberende UV-emission. Da ALMA observerer i submillimeter bølgelængder, den kan detektere disse galakser ved i stedet at observere støvemissionerne.

I et igangværende stort program kaldet REBELS (Reionization-Era Bright Emission Line Survey), astronomer bruger ALMA til at observere emissionerne fra 40 målgalakser ved kosmisk daggry. Ved at bruge dette datasæt, de har for nylig opdaget, at områderne omkring nogle af disse galakser indeholder mere, end man kan se.

Mens man analyserer de observerede data for to REBELS-galakser, Dr. Yoshinobu Fudamoto fra Research Institute for Science and Engineering ved Waseda University, Japan, og National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), bemærket stærk emission fra støv og enkelt ioniseret kulstof i positioner væsentligt forskudt fra de oprindelige mål. Til hans overraskelse, selv meget følsomt udstyr som HST kunne ikke registrere nogen UV-emission fra disse steder. For at forstå disse mystiske signaler, Fudamoto og hans kolleger undersøgte sagerne yderligere.

I deres seneste papir offentliggjort i Natur , de fremlagde en grundig analyse, afslører, at disse uventede emissioner kom fra to hidtil ukendte galakser, der ligger nær de to oprindelige REBELS-mål. Disse galakser er ikke synlige i UV- eller synlige bølgelængder, da de næsten er helt skjult af kosmisk støv. En af dem repræsenterer den fjerneste støvtilslørede galakse, der er opdaget hidtil.

Det mest overraskende ved dette serendipitære fund er, at de nyopdagede galakser, som blev dannet for mere end 13 milliarder år siden, er slet ikke mærkelige sammenlignet med typiske galakser i samme epoke. "Disse nye galakser blev ikke savnet, fordi de er ekstremt sjældne, men kun fordi de er helt skjulte for støv, " forklarer Fudamoto. Men, det er ualmindeligt at finde sådanne "støvede" galakser i den tidlige periode af universet (mindre end 1 milliard år efter Big Bang), tyder på, at den nuværende optælling af tidlig galaksedannelse højst sandsynligt er ufuldstændig, og ville kalde på dybere, blinde undersøgelser. "Det er muligt, at vi hidtil har savnet op til en ud af hver femte galakser i det tidlige univers, " tilføjer Fudamoto.

Forskerne forventer, at James Webb-rumteleskopets (JWST) hidtil usete kapacitet og dets stærke synergi med ALMA vil føre til betydelige fremskridt på dette område i de kommende år. "At fuldføre vores optælling af tidlige galakser med de aktuelt manglende støv-tilslørede galakser, som dem vi fandt denne gang, vil være et af hovedmålene for JWST og ALMA undersøgelser i den nærmeste fremtid, " siger Pascal Oesch fra University of Geneva.

Samlet set, denne undersøgelse udgør et vigtigt skridt i at afdække, hvornår de allerførste galakser begyndte at dannes i det tidlige univers, som igen skal hjælpe os til at forstå, hvor vi står i dag.