Innan vårt universum nådde sin 1 miljardårsdag, bildades en ovanlig galax och började piska upp nya stjärnor i häpnadsväckande hastigheter. Därefter, bara 800 miljoner år senare, blev den ultramassiva galaxen plötsligt tyst, enligt en ny studie.
Den enorma galaxen, kallad XMM-2599, stod ut som en sällsynthet i universums tidiga dagar.
"Generellt sett bör tidigt formade galaxer vara mindre i massan, eftersom den nuvarande modellen för strukturbildning är hierarkisk - små, lågmassiga galaxer förväntas först bildas, och sedan skulle de smälta samman för att bilda större massivare galaxer vid en senare tid, "sa medförfattare Danilo Marchesini, professor i fysik och astronomi vid Tufts universitet, i ett uttalande. Men XMM-2599, med sex gånger massan på Vintergatan, trotsar dessa förutsägelser helt.
Vissa numeriska modeller förutspår att sådana monstergalaxier fanns i det tidiga universum, men de förutsagda galaxerna förväntas vara aktivt bildande stjärnor, sa Gillian Wilson, professor i fysik och astronomi vid University of California, Riverside (UCR), i ett uttalande från universitetet. "Det som gör XMM-2599 så intressant, ovanligt och överraskande är att det inte längre bildar stjärnor."
Och ingen vet varför.
Marchesini, Wilson och deras kollegor beskrev den förvirrande upptäckten i en ny studie publicerad idag (5 februari) i The Astrophysical Journal Letters.
Teamet såg XMM-2599 genom att mäta den elektromagnetiska strålningen som härrör från avlägsna stjärnor, vilket gör det möjligt för forskare att bestämma de kemiska och fysiska egenskaperna hos galaxer. Strålningen måste ofta sträcka sig över stora rymden innan den når jordbundna instrument, och resan kan ta lång tid. Det betyder att forskare genom att ta spektroskopiska mätningar kan skymta hur vårt universum såg ut i det avlägsna förflutet.
Med hjälp av sina mätningar utvecklade teamet matematiska modeller för att förutsäga hur XMM-2599 skulle ha bildats genom tiden. "Redan innan universumet var 2 miljarder år gammalt hade XMM-2599 redan bildat en massa av mer än 300 miljarder solar, vilket gjorde det till en ultramassiv galax," ledde författaren Benjamin Forrest, en postdoktorisk forskare vid UCR: s avdelning för fysik och astronomi, sade i UCR: s uttalande.
Modellen antyder att galaxen genererade de flesta av sina stjärnor i en "enorm frenesi" när universum var mindre än 1 miljard år gammalt, sade Forrest. Under toppproduktionen tappade galaxen ut mer än 1 000 solmassor varje år; samtidigt bildade vår Vintergatan endast en ny stjärna, konstaterade uttalandet. Modellerna förutspådde att XMM-2599 borde ha fortsatt att producera nya stjärnor, som de flesta galaxer gjorde i den epok av kosmisk historia. Istället föll monstergalaxen vilande, kanske på grund av brist på bränsle eller på grund av aktivitet från det svarta hålet i centrum, sa Wilson.
"Vi har fångat XMM-2599 i dess inaktiva fas," sa Wilson. Medan galaxen inte längre skapar nya stjärnor kan den inte förlora någon av sin uppsamlade massa, tillade han. "Kan tiden gå, kan gravitationellt locka närliggande stjärnbildande galaxer och bli en ljus galaxstad?"
I teorin kan XMM-2599 bli en central figur i en av de "ljusaste och mest massiva galaxklyngarna i det lokala universum", sa medförfattaren Michael Cooper, professor i astronomi vid University of California, Irvine, i UCR-uttalande. "Alternativt kan det fortsätta att existera isolerat. Eller så kan vi ha ett scenario som ligger mellan dessa två resultat."
Författarna vet ännu inte varför XMM-2599 slutade producera stjärnor, eller hur galaxen kan utvecklas i framtiden. De drar slutsatsen att, med tanke på hur plötsligt galaxen föll inaktiv, existensen av XMM-2599 "vår nuvarande förståelse för hur ultramassiva galaxer formas och utvecklas i det tidiga universum."
