Astronomer opdager en sværm af galakser, der kredser om en hyperlysende galakse

Ved hjælp af Very Large Telescope og radioteleskopet ALMA i Chile har et hold af astronomer inklusive forskere fra Niels Bohr Institutet opdaget en sværm af galakser, der kredser om omgivelserne i en hyperlysende og kraftigt stjernedannende galakse i det tidlige univers. Observationen giver vigtige spor til, hvordan usædvanligt lyse galakser vokser, og til, hvordan de udvikler sig til energiske kvasarer, der stråler lys hen over det meste af det observerbare univers.

Et grundlæggende spørgsmål inden for astronomi er spørgsmålet om, hvordan galakser dannes, vokser og udvikler sig.

Som en del af deres evolution synes de fleste galakser at skabe et supermassivt sort hul i deres centrum. Disse gravitationsmonstre sluger lejlighedsvis nærliggende gas og stjerner og spytter overskydende energi ud som kraftige jetfly, et fænomen kendt som en kvasar.

Fra galakse til kvasar

Mange detaljer om overgangen fra "normale" galakser til kvasarer er stadig ukendte. Men i en ny undersøgelse offentliggjort i Nature Communications , et hold af astronomer ledet af Michele Ginolfi ved ESO, Garching, er muligvis kommet et skridt tættere på at forstå denne udvikling.

"Før nogle galakser udvikler sig til en fuldblæst kvasar, menes det at gå igennem en fase, hvor de er meget støvede og meget 'aktive' med hensyn til stjernedannelse og ophobning af gas på deres centrale, supermassive sorte huller," forklarer Ginolfi. "Vi satte os for at designe et eksperiment for at lære mere om denne overgangsfase."

Ginolfi og hans samarbejdspartnere fokuserede på en allerede kendt galakse, W0410-0913, en af ​​de lyseste, mest massive og gasrige galakser i det fjerne univers, set 12 milliarder år tilbage i tiden.

Støvet opvarmes af energien fra stjernelys og det centrale sorte hul, hvilket får det til at lyse og afsløre galaksen gennem sit infrarøde lys. Dette har ført til, at denne type galakser bliver kaldt for varmt støv-tilslørede galakser (også kendt som "hot DOGs").

Galakser i 3D

Fordi galaksernes udvikling er iboende forbundet med deres omgivelser, besluttede Ginolfi og hans team - hvis kerne noget atypisk mest bestod af tidlige karriereforskere - at observere W0410-0913 med "MUSE"-instrumentet ved Very Large Telescope (VLT) i Chile . Dette avancerede værktøj gjorde det muligt for dem at studere et område, der er 40 gange bredere end selve galaksen.

Peter Laursen fra Cosmic Dawn Center i København deltog i undersøgelsen. Han forklarer:"Observationerne afslørede, at W0410-0913 er omgivet af en sværm på ikke færre end 24 mindre galakser. Det fede ved MUSE-instrumentet er, at vi ikke kun kan måle deres position på himlen, men også deres afstand langs vores sigtelinje. Med andre ord kan vi måle deres 3D-positioner."

Selvom dette indebærer, at W0410-0913 befinder sig i et område, der er mindst ti gange mere tæt end det gennemsnitlige univers, er dette ikke helt uventet, eftersom hot DOGs faktisk menes at leve i tætte miljøer.

Et galaktisk bilulykke

Desuden, mens W0410-0913 ses på et tidspunkt, hvor universet var 1/8 af sin nuværende alder, er det allerede ti gange så massivt som vores egen galakse, Mælkevejen. At dyrke en så stor galakse på så kort tid og fodre et supermassivt sort hul kræver en betydelig forsyning af frisk materiale. Alt dette passer godt med det konventionelle billede af, at massive galakser vokser ved at accretere gas og satellitgalakser, tiltrukket fra det intergalaktiske rum af deres enorme tyngdekraft.

Faktisk, i et så tæt miljø, forventes hastigheden af ​​galakseinteraktioner og sammensmeltning at være meget høj. Udsat for et sådant bombardement forventede astronomerne, at W0410-0913 var et bilvrag af kaotisk hvirvlende gasklumper og stjerner.

Men ved at grave i gamle observationer opnået af ALMA-radioantennerne placeret kun 300 km nordøst for VLT var Ginolfi og hans kolleger i stand til at måle den indre bevægelse af gassen inde i W0410-0913.

Og her tegnede sig et helt andet billede.

Kaster småsten mod en glasrude

Overraskende nok afslørede ALMA-observationerne, at W0410-0913 overhovedet ikke synes at være blevet forstyrret af interaktioner med ledsagende galakser. Ifølge observationerne roterer gassen pænt og velordnet omkring det centrale sorte hul. Ordnet, men forbløffende hurtigt, med hastigheder på 500 km/s.

"Ved at koble resultaterne fra de to meget forskellige teleskoper, ser vi et billede af, hvordan de mest massive og støvede galakser kan udvikle sig. Denne type galakser, som er et vigtigt trin i overgangen fra en støvet og stjernedannende galakse til en kvasar, har tendens til at vokse i meget tætte miljøer," siger Ginolfi. "Alligevel er disse gravitationsinteraktioner, på trods af den forventede hyppige sammensmeltning med andre galakser, ikke nødvendigvis ødelæggende - de fodrer den centrale galakse og hvirvler gassen en smule op, men efterlader den praktisk talt intakt. Lidt som at kaste små småsten mod en rude af fast stof. glas:du kan ridse det, men vil ikke knuse det..."

Michele Ginolfis observationer giver de første ledetråde om den flerskalaproces, der driver udviklingen af ​​den sjældne og ekstreme befolkning af varmt støv-tilslørede galakser. De vokser i tætte, specielle levesteder, men interaktionen med deres ledsagere kan være skånsom.

Som en lignelse til denne galaktiske bilulykke var undersøgelsen tæt på slet ikke at blive gennemført, da Michele Ginolfi sad fast i en trafikprop i Roms trafik, og skulle indsende forslaget ved hjælp af sin telefon fra sin bil, få minutter før deadline. + Udforsk yderligere

Supermassive sorte huller inde i døende galakser opdaget i det tidlige univers