Radio- og mikrobølger afslører sande natur af mørke galakser i det tidlige univers

Ved hjælp af flere radioteleskoper over hele verden har et hold af astronomer fra Cosmic Dawn Center, København, opdaget adskillige galakser i det tidlige univers, som på grund af enorme mængder støv var skjult for vores syn. Observationerne gjorde det muligt for holdet at måle temperaturen og tykkelsen af ​​støvet, hvilket viste, at denne type galakser bidrog væsentligt til den samlede stjernedannelse, da universet kun var 1/10 af sin nuværende alder.

At måle den hastighed, hvormed stjerner fødes i galakser på tværs af kosmisk tid, er en af ​​de grundlæggende måder, astronomer beskriver galaksernes egenskaber og udvikling på.

Forskellige metoder bruges til at estimere denne såkaldte stjernedannelseshastighed, typisk afhængigt af det lys, der udsendes fra enten stjernerne eller fra stof, der belyses af stjernerne.

Kosmisk støv

Men de stjerner, der dannes, har til gengæld en tendens til at skabe støv - partikler lavet af tunge grundstoffer som kulstof, silicium, ilt og jern. Støvet fremstår som tykke skyer i rummet mellem stjernerne og skjuler muligvis stjernerne fuldstændigt for vores øjne.

Dette gør det svært at få en optælling af stjernedannelseshastigheden, især i unge "stjerneskud"-galakser, hvor støvet endnu ikke har haft tid til at sprede sig langt fra de kompakte steder for stjernedannelse.

Når støvet opvarmes af stjernerne, begynder det at lyse i langbølget, infrarødt lys, som, selvom det er usynligt for det menneskelige øje, kan detekteres af teleskoper designet til at observere disse bølgelængder.

Men for de mest kompakte, støvindhyllede stjerneudbrud ser vi kun skyernes overflade. Disse galakser er ikke kun usynlige ved de "menneskeligt opfattelige" optiske bølgelængder, men også i begyndelsen af ​​det infrarøde spektrum, fuldstændig mørke selv for Hubble-rumteleskopet.

Galakser i radioen

Et hold af astronomer – ledet af Shuowen Jin (靳硕文), Marie Curie postdoc-stipendiat ved Cosmic Dawn Center, og inklusive flere andre DAWNere – besluttede derfor at tage et kig på det tidlige univers ved endnu længere bølgelængder ved at bruge radio/mikrobølgeantennerne ved to af verdens største radioobservatorier, Atacama Large Millimeter Array (ALMA) i Chile og Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) i Frankrig.

Sammen med observationer af det samme felt på himlen opnået med andre radioteleskoper afslørede Jins observationer en population af kompakte stjerneskudsgalakser, indhyllet i ekstremt tykke støvskyer.

Piercing gennem skyerne

Radio- og mikrobølgeobservationerne gjorde det muligt for astronomerne at måle stjernedannelseshastigheden og støvets temperatur.

"I disse epoker, 1-2 milliarder år efter Big Bang, bidrog galakser som disse væsentligt til universets samlede stjernedannelseshastighed, men passerer ubemærket i optiske og nær-infrarøde observationer," siger Shuowen Jin.

Undersøgelsen forklarer, hvorfor disse galakser er så mørke i optisk og infrarødt lys:"Fordi støvskyerne er så tykke og tætte, kan optisk og nær-infrarødt lys ikke rejse igennem. Selv det langt-infrarøde lys absorberes delvist," forklarer Shuowen Jin.

Observationerne afslører ikke kun støv, men også monoxidmolekyler (CO), blandet i skyerne. Det lys, der udsendes af CO, kan hjælpe astronomer med at undersøge en anden vigtig mængde galakser, nemlig massen af ​​al gassen i galaksen. Et af nøgleresultaterne af Jins og hans samarbejdspartneres arbejde er imidlertid, at standardmetoden til at udlede gasmasser fra CO-udledning er forkert:

Det observerede lys udsendes fra overfladerne af de støvede skyer. Typiske modeller mener ikke, at lys er blokeret inde i skyerne og ændrer dets bølgelængde, før det slipper ud. At tage denne effekt i betragtning har ret drastiske implikationer:

"Vores model tager højde for, at selv det infrarøde lys ikke slipper direkte fra midten af ​​støvskyerne. Dette viser os, at tidligere estimater af gasmasser er blevet overvurderet med en faktor på 2-3 i kompakte, støvede, stjerne- danner galakser," forklarer Shuowen Jin.

Undersøgelsen er netop blevet godkendt til offentliggørelse i Astronomy &Astrophysics . Et fortryk er tilgængeligt på arXiv.org. + Udforsk yderligere

Nye billeder ved hjælp af data fra pensionerede teleskoper afslører skjulte træk i nabogalakser