Tidlig galaksedannelse fanget på fersk gerning med James Webb

Ifølge vores nuværende forståelse af Universet dannes galakser "hierarkisk", hvor små strukturer dannes først i det tidlige Univers, som så senere smelter sammen og bygger større strukturer op.

For at observere, hvordan de allerførste strukturer samler sig, må vi kigge så langt tilbage i tiden, og dermed så langt ud i Universet, som muligt. Men disse lyskilder er både meget små og meget lyssvage, og kræver derfor avanceret teknologi.

I et nyt studie er den tidlige "stamfader" af, hvad der i dag sandsynligvis har udviklet sig til en tung, Mælkevejsstor galakse, blevet opdaget. Denne gruppe af mindre galakser, døbt CGG-z5, blev detekteret gennem et observationelt program kaldet "CEERS" med rumteleskopet James Webb, og ses tilbage hvor Universet kun var 1.1 milliard år gammelt, 8% af dets nuværende alder.

CGG-z5 blev opdaget vha. computerprogrammet GalCluster, skabt af Nikolaj Sillassen, som er specialestuderende ved Cosmic Dawn Center (DAWN).

"Jeg udviklede denne software under mine studier til at finde denne slags strukturer automatisk, og nu har vi anvendt den på data fra CEERS-programmet," siger Nikolaj Sillassen, som allerede fandt en lignende, men mere nærliggende gruppe, mens han testede softwaren.

"Det er fantastisk at se, hvor brugbar min kode har udviklet sig til at blive."

Umuligt uden James Webb>

Det klareste medlem af galaksegruppen blev opdaget tidligere med Hubble-teleskopet. Men CEERS-programmet afslørede nye og mindre medlemmer.

"Gruppens andre medlemmer er både små og lyssvage. Uden James Webbs sensitivitet og rumlige opløsning ville vi simpelthen ikke være i stand til at se dem," forklarer Shuowen Jin, Marie Curie Fellow ved Cosmic Dawn Center og leder af dette studie.

Præcis hvad "fremtiden" bringer for CGG-z11 ved vi selvfølgelig ikke. I stedet for at danne en enkelt galakse, kunne det også være at gruppen med tiden udvikler sig til en stor galaksehob.

En anden mulighed er, at dens medlemmer i virkeligheden ikke ligger så tæt pakket sammen, men i stedet er en del af en trådet struktur, som vi så bare tilfældigvis kigger ned igennem, fra den ene ende til den anden.

Hjælp fra computersimuleringer

For at skelne mellem disse scenarier, har vi brug for mere præcise målinger, som involverer den mere tidskrævende spektroskopi. Men indtil vi får dét, er der hjælp at hente i computersimuleringer:

"For at bedre at forstå CGG-z5's natur og udvikling ledte vi efter lignende strukturer i computersimuleringer," siger Aswin Vijiayan, postdoc på Cosmic Dawn Center som udførte simuleringerne i studiet. "

Vi fandt 14 strukturer, hvis fysiske egenskaber ligger tæt op ad CGG-z5, og sporede derefter udviklingen af disse strukturer gennem tid i simuleringerne, fra det tidlige Univers og til i dag."

Selvom de præcise udviklingsforløb for disse 14 strukturer er forskellige, deler de alle den samme skæbne: Omtrent 0.5 til 1 milliard år senere, smelter de sammen til én enkelt galakse, som på den tid hvor Universet er halvdelen af dets nuværende alder, er sammenlignelige i størrelse med vores egen Mælkevej.

"Givet simuleringernes forudsigelser er det derfor fristende at spekulere i, at CGG-z5-systemet også vil følge en lignende evolutionær rute, og at vi har fanget processen af små galakser, der samler sig til én tung galakse," afslutter Shuowen Jin.

"Interessant nok svarer antallet af disse tidlige grupper som CGG-z5 i et givet område af rummet til antallet af tunge galakser på senere tidspunkter," siger Georgios Magdis, lektor ved DAWN og deltager i undersøgelsen. "Dette tyder på at »sammesmeltede« grupper er den vigtigste oprindelse til de senere, tunge galakser".

• Studiet er publiceret i Astronomy & Astrophysics Letters: 
  Massive galaxy formation caught in action at z ~ 5 with JWST.