Astronomer oppdager massiv stjernefabrikk i det tidlige universet

Mindre avler større.


Slik er det ofte for galakser, i hvert fall: de første galakser var små, og smeltet til slutt sammen for å danne dem som vi ser i det nåværende universet.

De mindre galakser produserte stjerner i en beskjeden hastighet; først senere - da universet var et par milliarder år gammelt - begynte de aller fleste større galakser å danne seg og akkumulere nok gass og støv til å bli fruktbare stjernefabrikker. Astronomer har faktisk observert at disse stjernefabrikkene - kalt stjerneskuddsgalakser - ble utbredt et par milliarder år etter Big Bang.


M82

Se større | Dette er M82, prototypen på en galakse i nærheten av stjerneskudd. Det er bare 12 millioner lysår unna og produserer stjerner med en hastighet 10 ganger raskere enn hele vår galakse. I dag - 17. april 2013 - CalTech -astronomer kunngjorde en gal galakse fra stjerneskuddet. Det er milliarder av lysår unna, plassert i det tidlige universet. Den genererer masseekvivalenten til 2900 soler i året. Kreditt via NASA/ESA/Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Men nå har et team av astronomer, som inkluderer flere fra California Institute of Technology (Caltech), oppdaget en støvfylt, massiv galakse som kaster ut stjerner da kosmos var bare 880 millioner år gammel-noe som gjør den til den tidligste stjernegruppegalaksen noensinne observert.

Galaksen er omtrent like massiv som Melkeveien vår, men produserer stjerner med en hastighet på 2000 ganger større, som er en hastighet så høy som alle galakser i universet. Galaksen som genererer masseekvivalenter til 2900 soler i året, er spesielt vidunderlig-og får teamet til å kalle den en 'maksimalstjernebrytende' galakse.

'Det forventes at massive, intense stjerneskudd -galakser bare vil vises på senere kosmiske tider,' sier Dominik Riechers, som ledet forskningen mens han var seniorforsker ved Caltech. 'Likevel har vi oppdaget dette kolossale stjerneskuddet bare 880 millioner år etter Big Bang, da universet var på litt mer enn 6 prosent av sin nåværende alder.' Nå som assisterende professor ved Cornell, er Riechers den første forfatteren av avisen som beskriver funnene i tidsskriftet Nature 18. april.




Artistens inntrykk av starburst galaxy HFLS3. Det fremstår som lite mer enn en svak, rød flekk i bilder tatt fra nær Jorden, men det er faktisk en stjernefabrikk som gjør stjerner 2000 ganger raskere enn Melkeveien vår. Bilde via CalTech.

Artistens inntrykk av starburst galaxy HFLS3. Det fremstår som lite mer enn en svak, rød flekk i bilder tatt fra nær Jorden, men det er faktisk en stjernefabrikk som gjør stjerner 2000 ganger raskere enn Melkeveien vår. Bilde via CalTech.

Selv om oppdagelsen av denne enkeltgalaksen ikke er nok til å velte nåværende teorier om galaksedannelse, kan det å utfordre disse teoriene utfordre å finne flere galakser som denne, sier astronomene. I det minste må teorier endres for å forklare hvordan denne galaksen, kalt HFLS3, dannet, sier Riechers.

'Denne galaksen er bare et spektakulært eksempel, men den forteller oss at ekstremt kraftig stjernedannelse var mulig tidlig i universet,' sier Jamie Bock, professor i fysikk ved Caltech og medforfatter av avisen.

Astronomene fant HFLS3 proppfull av molekyler som karbonmonoksid, ammoniakk, hydroksid og til og med vann. Fordi de fleste elementene i universet - annet enn hydrogen og helium - er sammensmeltet i atomovnene til stjerner, er en så rik og mangfoldig kjemisk sammensetning et tegn på aktiv stjernedannelse. Og faktisk, sier Bock, den kjemiske sammensetningen av HFLS3 er lik den for andre kjente stjerneskuddsgalakser som eksisterte senere i kosmisk historie.


Galaksen HFLS3 vises som en liten rød prikk på disse bildene fra Herschel Submillimeter -teleskopet. Bilde via ESA/Herschel/HerMES/IRAM/GTC/W.M. Keck observatorium

Galaksen HFLS3 vises som en liten rød prikk på disse bildene fra Herschel Submillimeter -teleskopet. Bilde via ESA/Herschel/HerMES/IRAM/GTC/W.M. Keck observatorium

I forrige måned oppdaget et team av astronomer som ble ledet av Caltech-noen av dem er også forfattere på dette nyere verket-dusinvis av lignende galakser som produserte stjerner allerede 1,5 milliarder år etter Big Bang. Men ingen av dem eksisterte så tidlig som HFLS3, som har blitt studert i mye større detalj.

Disse tidligere observasjonene ble muliggjort av gravitasjonslinser, der store forgrunnsgalakser fungerer som kosmiske forstørrelsesglass, som bøyer lyset til stjerneskuddets galakser og gjør det lettere å oppdage dem. HFLS3 er imidlertid bare svakt linse, om i det hele tatt. Det at den var påviselig uten hjelp av linser betyr at den iboende er en lys galakse i langt infrarødt lys-nesten 30 billioner ganger så lysende som Solen og 2000 ganger mer lysende enn Melkeveien.

Fordi galaksen er innhyllet i støv, er den veldig svak i synlig lys. Galaksens stjerner varmer imidlertid opp støvet og får det til å utstråle i infrarøde bølgelengder. Astronomene var i stand til å finne HFLS3 da de siktet gjennom data tatt av European Space Agency's Herschel Space Observatory, som studerer det infrarøde universet. Dataene var en del av Herschel Multi-tiered Extragalactic Survey (HerMES), et forsøk koordinert av Bock for å observere en stor del av himmelen (omtrent 1300 ganger størrelsen på månen) med Herschel.


Midt i tusenvis av galakser som ble oppdaget i undersøkelsen, så HFLS3 ut som bare en svak prikk - men spesielt rød. Det fanget oppmerksomheten til Darren Dowell, en besøkende medarbeider ved Caltech som analyserte HerMES -dataene. Objektets rødhet betydde at lyset ble vesentlig strukket mot lengre (og rødere) bølgelengder ved utvidelse av universet. Jo mer fjernt et objekt er, desto mer strekkes lyset, og derfor vil en veldig rød kilde være veldig langt unna. Den eneste andre muligheten ville være at - fordi kjøligere objekter avgir lys ved lengre bølgelengder - kan objektet være uvanlig kaldt; astronomernes analyse utelukket imidlertid den muligheten. Fordi det tar lys milliarder av år å reise over verdensrommet, er det å se et så fjernt objekt tilsvarende å se dypt inn i fortiden. 'Vi håpet å finne en massiv stjernegruppegalakse på store avstander, men vi forventet ikke at den ville eksistere så tidlig i universet,' sier Riechers.

For å studere HFLS3 videre, zoomet astronomene inn med flere andre teleskoper. Bruke Combined Array for Research in Millimeter-Wave Astronomy (CARMA)-en serie teleskopretter som Caltech hjelper til med å operere i Inyo-fjellene i California-samt Z-Spec-instrumentet på Caltech Submillimeter Observatory på Mauna Kea på Hawaii, teamet var i stand til å studere den kjemiske sammensetningen av galaksen i detalj - spesielt tilstedeværelsen av vann og karbonmonoksid - og måle dens avstand. Forskerne brukte også 10-meters teleskopet ved W. M. Keck-observatoriet på Mauna Kea for å avgjøre i hvilken grad HFLS3 var gravitasjonelt linset.

Denne galaksen er det første objektet i HerMES -undersøkelsen som ble analysert i detalj. Denne typen galakser er sjeldne, sier astronomene, men for å avgjøre hvor sjelden de vil fortsette flere oppfølgingsstudier for å se om de kan finne flere av dem som lurer i HerMES-dataene. Disse resultatene antyder også det som snart kan oppdages med større infrarøde observatorier, for eksempel det nye Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i Chile og det planlagte Cerro Chajnantor Atacama Telescope (CCAT), som Caltech er en partnerinstitusjon.

Via Caltech