Bildtext: En konstnärs rendering av galaxen BX442 och dess följeslagna dvärggalaxi (övre vänster). Kredit: Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics / Joe Bergeron
Forntida stjärnljus som reser i 10,7 miljarder år har medfört en överraskning - bevis på en spiralgalax långt innan andra spiralgalaxier är kända för att ha bildats.
"När du går tillbaka i tiden till det tidiga universumet ser galaxer riktigt konstigt, klumpigt och oregelbundet, inte symmetriskt," sa Alice Shapley, en UCLA-lektor i fysik och astronomi, och medförfattare till en studie som rapporterats i dagens tidskrift Nature . ”De allra flesta gamla galaxer ser ut som tågvrak. Vår första tanke var, varför är den här så annorlunda och så vacker? ”
Galaxer idag finns i en mängd olika unika former och storlekar. Vissa, som vår Vintergatan, är roterande skivor med stjärnor och gas som kallas spiralgalaxier. Andra galaxer, kallade elliptiska galaxer, liknar jätte- orbs av äldre rödaktiga stjärnor som rör sig i slumpmässiga riktningar. Sedan finns det en mängd mindre oregelbundna galaxer bundna samman av tyngdkraften men saknar någon synlig struktur. En stor, mångfaldig befolkning av dessa typer av oregelbundna galaxer dominerade det tidiga universum, säger Shapely.
Ljus från denna otroligt avlägsna spiralgalax, som reser med nästan sex biljoner mil per år, tog 10,7 miljarder år att nå jorden; bara tre miljarder år efter att universum skapades i ett evenemang som kallas Big Bang.
Enligt ett pressmeddelande från UCLA använde astronomer de skarpa ögonen på Hubble Space Telescope för att spionera på 300 mycket avlägsna galaxer i det tidiga universum. Forskarna trodde ursprungligen att deras galax, en av de mest massiva i sin undersökning som går under det unglamorösa namnet BX442, var en illusion, kanske två galaxer överlagrade på varandra.
"Det faktum att denna galax existerar är häpnadsväckande," sade David Law, huvudförfattare till studien och Dunlap Institute postdoktor vid University of Toronto's Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics. "Nuvarande visdom anser att sådana 'grand-design' spiralgalaxer helt enkelt inte fanns vid en så tidig tidpunkt i universums historia." En "grand design" -galax har framstående, välformade spiralarmar.
För att förstå deras bild vidare använde astronomer ett unikt modernt instrument som kallas OSIRIS-spektrografen vid W.M. Keck Observatorium ovanpå Hawaiis vilande vulkan Mauna Kea. Instrumentet, byggt av UCLA-professorn James Larkin, tillät dem att studera ljus från cirka 3 600 platser i och runt BX442. Detta spektra gav dem ledtrådarna som de behövde för att visa att de verkligen tittade på en enda, roterande spiralgalax.
Även om spiralgalaxier finns rikligt i det nuvarande kosmos, så var det inte alltid fallet. Spiralgalaxier i det tidiga universum var sällsynta på grund av ofta interaktioner. "BX442 ser ut som en närliggande galax, men i det tidiga universum kolliderade galaxer mycket oftare," säger Shapely. ”Gas regnade in från det intergalaktiska mediet och matningsstjärnor som bildades i mycket snabbare takt än de är idag; svarta hål växte också mycket snabbare. Space Magazine är tråkigt jämfört med denna tidiga tid. ”
Shapely and Law tror att gravitationskraften mellan en dvärggalaxkompis och BX442 kan vara ansvarig för dess futuristiska utseende. Kameran framträder som en liten klump i sin bild. Datorsimuleringar utförda av Charlotte Christensen, en postdoktorand vid University of Arizona och medförfattare av uppsatsen, ger bevis på denna idé. Så småningom kommer BX442 och den mindre galaxen troligen att smälta samman.
Shapley sa att BX442 representerar en koppling mellan tidiga galaxer som är mycket mer turbulenta och de roterande spiralgalaxerna som vi ser runt oss. "Faktum är att denna galax kan lyfta fram vikten av fusionsinteraktioner vid vilken kosmisk epok som helst för att skapa stor spiralstruktur," sade hon.
Att studera BX442 kommer sannolikt att hjälpa astronomer att förstå hur spiralgalaxier som mjölkvägformen, tillade hon.
Bildtext 2: HST / Keck falsk färgkompositbild av galaxen BX442. Kredit: David Law / Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics
