En grupp av de nyupptäckta galaxerna med Lyman-break-tekniken. Bildkredit: Astronomi & astrofysik. Klicka för att förstora
Ett internationellt team av astronomer har genomfört en av de mest detaljerade undersökningarna av de mest avlägsna galaxerna. Dessa galaxer är så långt borta, vi ser dem som de såg ut när universum var mindre än hälften av sin nuvarande ålder. En av de stora överraskningarna i denna undersökning; emellertid är hur mycket dessa unga galaxer matchar de strukturer vi ser i det nuvarande universum. Detta innebär att galaxer troligen utvecklats genom kollisioner och sammanslagningar mycket tidigare än tidigare trott.
Ett team av astronomer från Frankrike, USA, Japan och Korea under ledning av Denis Burgarella har nyligen upptäckt nya galaxer i det tidiga universum. De har upptäckts för första gången både i UV-strålning och i de långt infraröda våglängderna. Deras resultat kommer att rapporteras i ett kommande nummer av Astronomy & Astrophysics. Upptäckten är ett nytt steg för att förstå hur galaxer utvecklas.
Astronomen Denis Burgarella (Observatoire Astronomique Marseille Provence, Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, Frankrike) och hans kollegor från Frankrike, USA, Japan och Korea, har nyligen meddelat sin upptäckt av nya galaxer i det tidiga universum båda för första gången i nära UV och i de långt infraröda våglängderna. Denna upptäckt leder till den första grundliga undersökningen av tidiga galaxer. Upptäckten kommer att rapporteras i ett kommande nummer av Astronomy & Astrophysics.
Kunskapen om tidiga galaxer har gjort stora framsteg under de senaste tio åren. Från slutet av 1995 har astronomer använt en ny teknik, känd som "Lyman-break-tekniken". Denna teknik gör det möjligt att upptäcka mycket avlägsna galaxer. De ses som de var när universum var mycket yngre, vilket ger ledtrådar om hur galaxer bildades och utvecklades. Lyman-break-tekniken har flyttat gränsen till avlägsna galaxundersökningar ytterligare upp till rödförskjutning z = 6-7 (det vill säga cirka 5% av universumets nuvarande ålder). I astronomi anger rödskiftet förändringen av en ljusvåg från en galax som rör sig bort från jorden. Ljusvågen flyttas mot längre våglängder, det vill säga mot den röda änden av spektrumet. Ju högre rödskiftet i en galax är, desto längre är det från oss.
Lyman-break-tekniken är baserad på det karakteristiska ”försvinnandet” av avlägsna galaxer som observerats i UV-våglängderna. Eftersom ljus från en avlägsen galax nästan helt absorberas av väte vid 0,912 nm (på grund av absorptionslinjerna för väte, upptäckt av fysikern Theodore Lyman), försvinner galaxen i det yttersta ultravioletta filtret. Figur 2 illustrerar "försvinnandet"? av galaxen i UV-filtret. Lyman diskontinuitet bör teoretiskt uppträda vid 0,912 nm. Fotoner med kortare våglängder absorberas av väte runt stjärnor eller i de observerade galaxerna. För galaxer med hög rödväxling skiftas Lyman diskontinuitet så att den inträffar vid en längre våglängd och kan observeras från jorden. Från markbaserade observationer kan astronomer för närvarande upptäcka galaxer med ett rödskiftintervall från z ~ 3 till z ~ 6. När det väl har upptäckts är det fortfarande mycket svårt att få ytterligare information om dessa galaxer eftersom de är mycket svaga.
För första gången har Denis Burgarella och hans team kunnat upptäcka mindre avlägsna galaxer via Lyman-break-tekniken. Teamet samlade in data från olika ursprung: UV-data från NASA GALEX-satelliten, infraröd data från SPITZER-satelliten och data i det synliga intervallet vid ESO-teleskop. Från dessa data valde de ut cirka 300 galaxer som visade ett UV-försvinnande. Dessa galaxer har en rödförskjutning från 0,9 till 1,3, det vill säga de observeras i ett ögonblick då universum hade mindre än hälften av sin nuvarande ålder. Detta är första gången ett stort urval av Lyman Break Galaxies upptäcks vid z ~ 1. Eftersom dessa galaxer är mindre avlägsna än de prover som hittills observerats är de också ljusare och lättare att studera vid alla våglängder, vilket gör att en djup analys från UV till infraröd kan utföras.
Tidigare observationer av avlägsna galaxer har lett till upptäckten av två klasser av galaxer, varav en innefattar galaxer som avger ljus i nära UV och synliga våglängdsintervall. Den andra typen av galax avger ljus i det infraröda (IR) och submillimeterområdet. UV-galaxerna observerades inte i det infraröda området, medan IR-galaxerna observerades inte i UV. Det var alltså svårt att förklara hur sådana galaxer kunde utvecklas till dagens galaxer som avger ljus vid alla våglängder. Med sitt arbete har Denis Burgarella och hans kollegor tagit ett steg mot att lösa detta problem. När de observerade deras nya prov av z ~ 1-galaxer fann de att cirka 40% av dessa galaxer avger ljus också i det infraröda området. Detta är första gången ett betydande antal avlägsna galaxer observerades både i UV- och IR-våglängdsintervallen, med egenskaperna hos båda huvudtyperna.
Från sina observationer av detta prov släppte teamet också ut olika information om dessa galaxer. Genom att kombinera UV- och infrarödmätningar är det möjligt att bestämma bildningshastigheten för stjärnor i dessa avlägsna galaxer för första gången. Stjärnor bildas där mycket aktivt, med en hastighet av några hundra till tusen stjärnor per år (endast ett fåtal stjärnor för närvarande bildas i vår galax varje år). Teamet studerade också sin morfologi och visar att de flesta av dem är spiralgalaxier. Hittills antogs avlägsna galaxer främst vara växelverkande galaxer med oregelbundna och komplexa former. Denis Burgarella och hans kollegor har nu visat att galaxerna i deras prov, sett när universum hade ungefär 40% av sin nuvarande ålder, har regelbundna former, liknande dagens galaxer som vår. De ger ett nytt element till vår förståelse av galaxernas utveckling.
Original källa: Astronomy & Astrophysics News Release
