Detaljerede billeder viser galaksevæksten i det tidlige univers var meget hurtigere end først antaget
Astronomer nyder i øjeblikket en frugtbar periode med opdagelse, hvor de undersøger de mange mysterier i det tidlige univers. Den vellykkede opsendelse af James Webb Space Telescope (JWST), en efterfølger til NASAs Hubble Space Telescope, har rykket grænsen for, hvad vi kan se.
Observationer går nu ind i de første 500 millioner år efter Big Bang, da universet var mindre end 5% af sin nuværende alder. For mennesker ville denne gang placere universet solidt i småbørnsstadiet.
Alligevel er de galakser, vi observerer, bestemt ikke infantile, med nye observationer, der afslører galakser, der er mere massive og modne end tidligere forventet i så tidlige tider, hvilket hjælper med at omskrive vores forståelse af galaksedannelse og -evolution.
Vores internationale forskerhold foretog for nylig hidtil uset detaljerede observationer af en af de tidligst kendte galakser – kaldet Gz9p3 og nu offentliggjort i Nature Astronomy .
Dens navn kommer fra Glass-samarbejdet (navnet på vores internationale forskerhold) og det faktum, at galaksen er ved en rødforskydning på z=9,3, hvor rødforskydning er en måde at beskrive afstanden til et objekt på - derfor G og z9p3.
For bare et par år siden dukkede Gz9p3 op som et enkelt lyspunkt gennem Hubble-rumteleskopet. Men ved at bruge James Webb-rumteleskopet kunne vi observere dette objekt, som det var 510 millioner år efter Big Bang, for omkring 13 milliarder år siden.
Vi fandt ud af, at Gz9p3 var langt mere massiv og moden end forventet for et så ungt univers, der allerede indeholder flere milliarder stjerner.
Langt det mest massive objekt, der blev bekræftet fra dette tidspunkt, blev beregnet til at være 10 gange mere massivt end nogen anden galakse fundet tidligt i universet.
Tilsammen tyder disse resultater på, at for at galaksen kan nå denne størrelse, skal stjerner have udviklet sig meget hurtigere og mere effektivt, end vi først troede.
Fjerneste galaksefusion i det tidlige univers
Ikke alene er denne Gz9p3 massiv, men dens komplekse form identificerer den straks som en af de tidligste galaksefusioner, der nogensinde er set.
JWST-billeddannelsen af galaksen viser en morfologi, der typisk er forbundet med to interagerende galakser. Og fusionen er ikke afsluttet, fordi vi stadig ser to komponenter.
Når to massive genstande samles på denne måde, smider de faktisk noget af stoffet væk i processen. Så dette kasserede stof antyder, at det, vi observerede, er en af de fjerneste fusioner, der nogensinde er set.
Dernæst kiggede vores undersøgelse dybere for at beskrive populationen af stjerner, der udgør de smeltende galakser. Ved at bruge JWST var vi i stand til at undersøge galaksens spektrum ved at opdele lyset på samme måde som et prisme opdeler hvidt lys til en regnbue.
Når man bruger billeddannelse alene, viser de fleste undersøgelser af disse meget fjerne objekter kun meget unge stjerner, fordi de yngre stjerner er lysere, og derfor dominerer deres lys billeddataene.
For eksempel overstråler en ung, lys befolkning, der er udløst af galaksefusionen, mindre end et par millioner år gammel, en ældre befolkning, der allerede er over 100 millioner år gammel.
Ved hjælp af spektroskopiteknikken kan vi producere så detaljerede observationer, at de to populationer kan skelnes.
Nye modeller af det tidlige univers
En sådan moden ældre befolkning var ikke forventet i betragtning af, hvor tidlige stjerner skulle være dannet for at være ældet tilstrækkeligt på denne kosmiske tid. Spektroskopien er så detaljeret, at vi kan se de subtile træk ved de gamle stjerner, der fortæller os, at der er mere der, end du tror.
Specifikke grundstoffer detekteret i spektret (inklusive silicium, kulstof og jern) afslører, at denne ældre befolkning skal eksistere for at berige galaksen med en overflod af kemikalier.
Det er ikke kun størrelsen af galakserne, der er overraskende, men også den hastighed, hvormed de voksede til en sådan kemisk moden tilstand.
Disse observationer giver bevis for en hurtig, effektiv opbygning af stjerner og metaller i umiddelbar eftervirkning af Big Bang, bundet til igangværende galaksefusioner, hvilket viser, at massive galakser med adskillige milliarder stjerner eksisterede tidligere end forventet.
Isolerede galakser opbygger deres befolkning af stjerner in situ fra deres begrænsede gasreservoirer, men dette kan være en langsom måde for galakser at vokse på.
Interaktioner mellem galakser kan trække friske indstrømninger af uberørt gas ind, hvilket giver brændstof til hurtig stjernedannelse, og fusioner giver en endnu mere accelereret kanal til masseakkumulering og vækst.
De største galakser i vores moderne univers har alle en historie med fusioner, inklusive vores egen Mælkevej, som er vokset til sin nuværende størrelse gennem successive fusioner med mindre galakser.
Disse observationer af Gz9p3 viser, at galakser var i stand til at akkumulere masse hurtigt i det tidlige univers gennem fusioner, med stjernedannelseseffektiviteter højere, end vi havde forventet.
Denne og andre observationer ved hjælp af JWST får astrofysikere til at justere deres modellering af universets tidlige år.
Vores kosmologi er ikke nødvendigvis forkert, men vores forståelse af, hvor hurtigt galakser dannes, er sandsynligvis, fordi de er mere massive, end vi nogensinde troede kunne være mulige.
Disse nye resultater er veltimede, når vi nærmer os toårsmærket for videnskabelige observationer foretaget ved hjælp af JWST.
Efterhånden som det samlede antal observerede galakser vokser, går astronomer, der studerer det tidlige univers, fra opdagelsesfasen til en periode, hvor vi har store nok prøver til at begynde at bygge og forfine nye modeller.
Der har aldrig været et mere spændende tidspunkt at forstå mysterierne i det tidlige univers.
Flere oplysninger: Kristan Boyett et al, En massiv interagerende galakse 510 millioner år efter Big Bang, Nature Astronomy (2024). DOI:10.1038/s41550-024-02218-7
Leveret af University of Melbourne
Varme artikler
-
Dyblærende algoritmer, der hjælper med at fjerne rumskrammel fra vores himmelKredit:Pixabay/CC0 Public Domain Hvordan måler man stillingen – det vil sige 3-D-rotationen og 3-D-translationen – af et stykke rumskrot, så en gribende satellit kan fange det i realtid for med su -
Solsystemernes kollektive kraft er mørk, iskolde kroppeForskere har længe kæmpet for at forklare eksistensen af solsystemets løsrevne objekter, som har baner, der vipper som vipper og ofte samler sig i en del af nattehimlen. Kredit:Steven Burrows/JILA -
Ultra-tætte stjerner opdaget inde i en planetarisk tågeEt billede opnået med Hubble-rumteleskopet af planetariske stjernetågen M3-1, den centrale stjerne, der faktisk er et binært system med en af de korteste kredsløbsperioder, man kender. Kredit:David -
Europas Vega-raket eksploderer med Airbus-observationssatellitEn Airbus-observationssatellit er blevet sendt i kredsløb af en europæisk Vega-raket. En europæisk Vega-raket lettede mandag aften fra Fransk Guyana med en jordobservationssatellit og fire miniatu
- Forskere bruger berøringsfri udskrivningsmetode til testning af store mængder antibiotika
- Stabilitetstjek på Antarktis afslører høj risiko for langsigtet havniveaustigning
- Meget effektiv metode til syntetisering af polyisoprengummi med ultrahøj molekylvægt
- Registrering af spidslignende strukturer nær fronten af et støddrevet solcelleradioudbrud
- Hvis exoplaneter har lyn, vil det komplicere søgen efter liv
- Nye ultrahurtige fleksible og gennemsigtige hukommelsesenheder kan indvarsle en ny æra af elektroni…