De är ute; små, extremt svaga och otroligt gamla dvärggalaxier med så få stjärnor att forskare kallar dem för "spöksgalaxier." NASA: s Hubble rymdteleskop fångade bilder av tre av dessa småfiskgalaxer i hopp om att avslöja ett mysterium 13 miljarder år under skapandet.
Astronomer tror att dessa små, spökliknande galaxer upptäckta längs Vintergalaxen är bland de äldsta, minsta och mest orörda galaxerna i universum. Hubble-vyerna avslöjar att deras stjärnor har samma födelsedatum. Galaxerna började alla bilda stjärnor för mer än 13 miljarder år sedan men stoppade sedan plötsligt inom bara en miljard år efter att universum föddes.
"Dessa galaxer är alla gamla och de är alla i samma ålder, så du vet att något kom ner som en giljotin och stängde av stjärnbildningen samtidigt i dessa galaxer," sa Tom Brown från Space Telescope Science Institute i Baltimore , Md., Studiens ledare. "Den mest troliga förklaringen är rejonisering."
Reionisering av universum började under de första miljarder åren efter Big Bang. Under denna tid slog strålning från de första stjärnorna elektroner av väteatomer, joniserande vätgas. Denna process tillät också vätgas att bli transparent för ultraviolett ljus. Samma process kan också ha krossat stjärnframställning i dvärggalaxier, till exempel i Browns studie. Dessa galaxer är små kusiner till stjärnbildande dvärg galaxer nära Vintergatan. Och på grund av deras lilla storlek, bara 2000 ljusår över, var de inte tillräckligt massiva för att skydda sig från det hårda ultravioletta ljuset från det tidiga universum som avlägsnade sin magra tillförsel av vätgas och lämnade dem inte förmåga att skapa nya stjärnor.
Astronomer föreslog många skäl för bristen på stjärnor i dessa galaxer utöver reionieringsteorin. Vissa forskare trodde att interna händelser som supernovaer sprängde bort gasen som behövdes för att skapa nya stjärnor. Andra föreslog att galaxerna helt enkelt använde sin leverans av vätgas som behövdes för att göra stjärnor.
Brown mätte stjärnornas åldrar genom att titta på deras ljusstyrka och färger. Stjärnpopulationerna i dessa fossila galaxer sträcker sig från några hundra till några tusen stjärnor; några solliknande, några röda dvärgar och andra röda stjärnor större än vår sol. När bevis visade att stjärnorna verkligen var forntida, tog Brown hjälp av Hubbles Advanced Camera for Surveys för att grava djupt inom sex galaxer för att avgöra när de föddes. Hittills har teamet slutfört analysera data för tre; Hercules, Leo IV och Ursa Major. Galaxerna ligger mellan 330 000 ljusår och 490 000 ljusår. Som jämförelse jämförde Brown galaxernas stjärnor med de som hittades i M92, ett 13 miljarder år gammalt globalt kluster som ligger ungefär 26 000 ljusår från jorden. Han fann att de är i samma ålder.
"Det här är fossilerna från de tidigaste galaxerna i universum," sade Brown. ”De har inte förändrats på miljarder år. Dessa galaxer är till skillnad från de flesta galaxer i närheten, som har lång stjärnbildande historia. ”
Browns upptäckt kan hjälpa till att förklara det så kallade "saknade satellitproblemet." Astronomer har bara observerat några tio dvärggalaxier runt Vintergatan medan datorsimuleringar förutspår tusentals borde existera. Men kanske existerar de. I Sloan-undersökningen hittades mer än ett dussin små, star-svält galaxer i Vintergatan när man bara skannade en del av himlen. Astronomer tror att dussintals fler ultra-svaga galaxer kan lura oupptäckta med möjligheten att tusentals ännu mindre dvärgar innehåller nästan inga stjärnor.
De små galaxerna kan vara berövade stjärnor men de har fortfarande ett överflöd av mörk materia, ramverket som galaxerna byggs på. Normala dvärggalaxier nära Vintergalaxen innehåller tio gånger mer mörk materia än vanlig synlig materia. Brown förklarar att dessa små galaxer nu är öar av mestadels mörk materia, osynliga i miljarder år tills astronomer började hitta dem i Sloan Survey.
Browns resultat visas i 1 juli-numret av Astrophysical Journal Letters.
Bildtext 1: Dessa Hubble-bilder visar den svaga, star-starved dvärg galax Leo IV. Bilden till vänster visar en del av galaxen, skisserad av den vita rektangulära lådan. Lådan är 83 ljusår bred och 163 ljusår lång. De få stjärnorna i Leo IV går förlorade bland angränsande stjärnor och avlägsna galaxer. En närbild av bakgrundsgalaxerna i rutan visas i mittbilden. Bilden till höger visar bara stjärnorna i Leo IV. Galaxen, som innehåller flera tusen stjärnor, består av solliknande stjärnor, svagare, röda dvärgstjärnor och några röda jättestjärnor ljusare än solen. Kredit: NASA, ESA och T. Brown (STScI)
Bildtext 2: Dessa datorsimuleringar visar en svärm av mörka materialklumpar runt vår Vintergalax. Vissa av mörkmaterialkoncentrationerna är tillräckligt massiva för att gnista stjärnbildningen. Tusentals klumpar av mörk materia samexisterar med vår Vintergalax, som visas i mitten av topppanelen. De gröna kulorna i mittpanelen är de mörka materialbitarna som är tillräckligt massiva för att erhålla gas från det intergalaktiska mediet och utlöser pågående stjärnbildning och så småningom skapar dvärggalaxier. I bottenpanelen är de röda kulorna ultrat svaga dvärggalaxier som slutade bilda stjärnor för länge sedan. Brown och J. Tumlinson (STScI)
