Galakser i det tidlige univers var overraskende modne

Forskere fra the Cosmic Dawn Center ved Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, deltog i projektet og Seiji Fujimoto, postdoc, forklarer projektets mål således: ”Vi gennemførte den første store multi-bølgelængde undersøgelse af tidlige galakser, for at få en forståelse af den indledende fase af galaksedannelsen og udviklingen af universet. Vi forventede ikke at finde så modne galakser, som vi gjorde, og denne nye opdagelse sætter os nu i stand til at danne et meget mere sammenhængende billede af dét man kan kalde de almindelige betingelser i det tidlige univers”.

Uventet modenhed hos galakser i det tidlige univers

De fleste galakser dannedes mens universet stadig var meget ungt. Vores egen galakse, Mælkevejen, begyndte sandsynligvis sit liv for 13,6 milliarder år siden i vores nu 13,8 milliarder år gamle univers. Da universet var blot ti procent af sin nuværende alder (1 – 1,5 milliarder år efter Big Bang) skete der en acceleration i væksten. I denne periode opbyggede galakserne det meste af deres stjernemasse og andre egenskaber, fx den mængde støv, indhold af metal, og deres spiralformede udseende, som vi ser i nutidens galakser. Derfor er det meget vigtigt, hvis vi ønsker at vide mere om hvordan galakser som Mælkevejen dannedes, at studere denne periode.

ALMA frembragte et mere sammenhængende billede af udvalget af galakser i ALPINE undersøgelsen

Galakser anses for at være modne, når de har et betydeligt indhold af støv og tunge grundstoffer (metaller), idet støv og metaller er en effekt af døende stjerner. Men galakser i det tidlige univers har ikke haft særlig lang tid til at opbygge stjerner, og kan dermed heller ikke have en stor forekomst af døde stjerner, så holdet af astronomer forventede ikke at finde så meget støv og metal. Ikke desto mindre var dette tilfældet, og det viste sig oven i købet i højere grad at være ”normaltilstanden” end et særsyn i de galakser ALPINE projektet observerede (the ALMA Large Program to Investigate C+ at Early Times). Seiji Fujimoto forklarer betydningen af denne opdagelse: ”Nogle gange, når den galakse, vi ønsker at observere, er helt dækket af støv, kan vi ikke få fat i de data, vi gerne vil have, når vi anvender optiske teleskoper – altså teleskoper, der anvender det synlige lys. Men med ALMA, et radioteleskop, der anvender ikke synligt lys i længere bølgelængder i sine observationer, var vi i stand til at se igennem sløret af støv og gas.

Nye og overraskende opdagelser blev også gjort af ALMA undervejs i processen

ALMA kan ikke blot opnå at få et billede af hver enkelt galakse, men man kan også se hvordan metal-gassen bevæger sig i individuelle galakser. Idet galakser i dannelsesfasen forventes af have meget u-ordnede bevægelsesmønstre, siger metalgas-bevægelserne noget om galaksernes modenhed. Det viste sig, at selvom mange galakser var på kollisionskurs med hinanden, fandt forskerholdet, at et antal af dem roterede på en meget velordnet måde, helt uden tegn på kollisioner. Til deres overraskelse fandt holdet endda en galakse omgivet af en enorm, roterende metalgassky, som gik langt ud over stjernefordelingen. Dette betyder sandsynligvis at metalgassen blev skubbet væk fra galaksen i irregulære bevægelser af supernova eksplosioner eller energiske jets og stråling fra supertunge sorte huller, men det dannede efterhånden den ordnede, roterende disk.

Hvad kan anses for at være ”normalt” i det tidlige univers?

Disse resultater betyder, at studiet kunne konkludere med ret stor sikkerhed, hvad den normale tilstand var i de observerede galakser. Seiji Fujimoto forklarer jagten på den gennemsnitlige tilstand på denne måde: ”Denne gang studerede vi galakser på baggrund af data om metal og støv, hvilket vi ikke har været i stand til ved tidligere observationer. Baseret på det omfattende perspektiv af galakser, fokuserede vi på at opnå et billede af, hvad det normale var i denne tidlige periode af universets historie. Det gør det samtidig muligt for os at identificere de unikke objekter. Normalbilledet sætter os altså i stand til bedre at beskrive universets udvikling som helhed. De kosmologiske teoretikere har brug for denne nye information, for at kunne opbygge en teoretisk præcis udviklingshistorie for universet. Vi lærer også om nye kosmologiske begivenheder eller fysiske mekanismer i galakser gennem de objekter, der er ud over normalen. Forskningen her bidrager altså til vores fundamentale forståelse af det univers, vi er en del af”.

Astronomerne vil nu pege ALMA mod individuelle galakser i længere tidsperioder, for at få yderligere detaljerede svar på spørgsmål om, hvor støvet og metallerne er, og hvordan det bevæger sig. En sammenligning mellem egenskaberne ved støv/metalrige og støv/metalfattige galakser i ensliggende afstand, vil måske give os svar på, om de uventet modne galakser dannedes pga. specielle betingelser i deres miljø.

• Link til artikel fra National Radio Astronomy Observatory >>