Helt uventet rotation i stendød galakse

Opdagelsen er opsigtsvækkende, fordi der er tale om et bevægelsesmønster i stærk kontrast til den fremherskende astrofysiske teori om, hvordan de elliptiske galakser dannedes kort tid efter Big Bang, som fandt sted for 13,7 milliarder år siden.

Galaksen har fået navnet MACS2129-1, og historien om fundet af den og de foreløbige forsøg på at aflure dens hemmeligheder offentliggøres i denne uge i en videnskabelig artikel i Nature.

”MACS2129-1 er tre gange tungere end Mælkevejen – vores egen galakse – men kun halvt så stor, så den er ekstremt kompakt”, fortæller astrofysiker Sune Toft fra Dark Cosmology Centre på NBI. Han har stået i spidsen for det internationale forskerhold med deltagere fra en række videnskabelige institutioner i Europa og USA.

En anden forskel er, at der så at sige køres hurtigere i MACS2129-1 end i Mælkevejen, forklarer Sune Toft: ”Vi kunne måle, at stjernerne i MACS2129-1 bevæger sig i cirkelbaner om galaksens centrum med en hastighed på mere end 500 km pr. sekund – over dobbelt så hurtigt som stjernehastigheden i Mælkevejen”.

Kollisioner

Galakser er stjernesystemer i rummet, og astrofysikken opererer med to hovedtyper inden for galakser: Spiralgalakser, f.eks. Mælkevejen, og elliptiske galakser.

En af de markante forskelle mellem dem er, at spiralgalakserne til stadighed omdanner gas til nye stjerner, mens de elliptiske galakser for længst er holdt op med at producere stjerner. Derfor betragtes de elliptiske galakser i denne henseende som ’døde’.

Desuden bevæger stjernerne sig forskelligt inden for de to galaksetyper. I Mælkevejen og i andre spiralgalakser har stjernerne faste og beregnelige baner. I de elliptiske galakser er stjernebanerne derimod ganske anderledes kaotiske, fortæller Sune Toft: ”Her farer stjernerne rundt i alle mulige retninger. Det havde vi også ventet at finde i MACS2129-1”.

Videnskaben har længe søgt at forklare, hvorfor de elliptiske galakser holdt op med at producere stjerner relativt tidligt i universets udviklingshistorie. Her peger den fremherskende teori blandt andet på, at kollisioner mellem galakser kan have fremkaldt en slags overproduktion af nye stjerner i visse galakser – fordi al deres gas blev komprimeret i deres centrum og omdannet til stjerner. Hvorefter de elliptiske galakser indstillede den videre stjerneproduktion og ’døde’, foreslår teorien.

Men sådan foregår det altså ikke hos MACS2129-1. For selv om galaksen med sikkerhed ikke danner nye stjerner, og derfor kan betegnes som stendød, er dens egne stjerner fordelt i en roterende skive, akkurat som i Mælkevejen. 

En naturlig ’linse’

Kan man forstå det atypiske stjerne-rotationsmønster, der kan ses i MACS2129-1, som en form for ’prototype’ for elliptiske galaksers meget tidlige udviklingstrin?

Hvor fristende det end måtte være, så kan man ikke umiddelbart drage denne slutning, svarer Sune Toft: ”For vi er nødt til at undersøge et antal andre døde elliptiske galakser fra samme periode, før vi kan nærme os et svar. Og det er vi i gang med”.

Selv om Sune Toft og hans kolleger havde adgang til både det rumbaserede Hubble-teleskop og det jordbaserede Very Large Telescope (VLT), der står i det nordlige Chile, var det ikke let at vriste hemmeligheder ud af MACS2129-1. Det kunne kun lade sig gøre, fordi MACS2129-1 befandt sig bag en hob af andre galakser, der fungerer som en naturlig ’linse’ – hvorved billedet af galaksen både forstærkes og forstørres.

På den måde blev det muligt at studere den detaljerede fordeling af stjerner i galaksen og deres baner, fortæller Sune Toft: ”Nu kunne vi pludselig ved hjælp af Hubble og VLT se ind i kernen af denne kompakte galakse, som uden den naturlige linse ikke ville have set meget større ud end en stjerne.

Det videre arbejde med at udforske den kosmologiske oprindelige af elliptiske galakser vil være et centralt tema for Cosmic Dawn Center – et nyt grundforskningscenter under NBI og DTU Space, der skal skaffe viden om den periode i universets historie, hvor de allerførste galakser opstod. Sune Toft bliver leder af centret, der har fået en bevilling på i alt 66 millioner kr. fra Danmarks Grundforskningsfond og vil være i gang med arbejdet i løbet af det næste halve år.

Fra 2018 vil Sune Toft og hans kolleger få adgang til nyt observationsudstyr af hidtil ukendt styrke. Det sker, når USA's rumagentur (NASA), det europæiske rumagentur (ESA) og Canadas rumagentur (CSA) sender James Webb Space Telescope i kredsløb om Solen - 1,5 millioner km fra Jorden, hvor der meget mørkt og koldt. Her skal teleskopet, der måler infrarødt lys og er langt stærkere end forgængeren Hubble, operere under optimale observationsforhold, siger Sune Toft:

”Webb-teleskopet er designet til at kunne se det infrarøde lys fra de allerførste stjerner og galakser. Vi vil i teorien kunne se, hvordan det tog sig ud både da de elliptiske galakser blev dannet, og da de døde. Og fordi forskere fra NBI og DTU har været med til at udvikle udstyr til Webb-teleskopet, er vi garanteret observationstid”.

The European Research Council (ERC), set up by the EU in 2007, is the prime European funding organisation for excellent frontier research. Every year, it selects and funds the very best, creative researchers of any nationality and age, to run projects in Europe. The ERC has three core grant schemes: Starting Grants, Consolidator Grants and Advanced Grants. The ERC is part of the 'Excellent Science' pillar of the European Union's Horizon 2020 programme.