Tack vare de senaste förbättringarna i rymdbaserade och markbaserade teleskoper har astronomer kunnat undersöka djupare i universum än någonsin tidigare. Genom att titta på miljarder år tillbaka i tiden kan vi testa våra teorier om galaktisk bildning och evolutionens historia. Tyvärr är att studera det mycket tidiga universum en skrämmande uppgift, och en som ligger utanför våra nuvarande instrument.
Men genom att kombinera kraften i Hubble Space Telescope med en teknik som kallas gravitationslinser gjorde ett team av astronomer den första upptäckten av en kompakt galax som slutade göra stjärnor bara några miljarder år efter Big Bang. Upptäckten av en sådan galax som fanns så tidigt i universum är enastående och representerar en stor utmaning för teorier om hur massiva galaxer formas och utvecklas.
Deras resultat rapporterades i en studie med titeln "En massiv, död diskgalaxi i det tidiga universum", som dök upp i tidningen 22 juni i tidskriften Natur.Som anges i studien förlitade teamet sig på data från Hubble som de kombinerade med gravitationslinser - där ett massivt galaxklynge förstorar och sträcker bilder av mer avlägsna galaxer bortom dem - för att studera den avlägsna galaxen känd som MACS 2129-1.
Vad de fann var helt oväntat. Med tanke på galaxens ålder - daterad till bara tre miljarder år efter Big Bang - förväntade de sig se en kaotisk boll av stjärnor som bildades på grund av att tidiga galaxer slogs samman. Istället märkte de att galaxen, som var skivformad (som Vintergatan), faktiskt var död - vilket innebär att stjärnbildningen redan hade upphört i den.
Detta var en överraskning, eftersom astronomer inte förväntade sig att se detta så tidigt i universum. Dessutom var det första gången direkt bevis har erhållits som visar hur åtminstone några av de tidigaste ”döda” galaxerna i universum utvecklades från skivformade objekt till att bli de jätte elliptiska galaxerna som vi regelbundet ser i Space Magazine .
Som Sune Toft - en forskare från Dark Cosmology Center vid Niels Bohr-institutet och huvudförfattaren på studien - förklarade, kan detta tvinga en omprövning av hur galaxer utvecklats i det tidiga universum:
"Denna nya insikt kan tvinga oss att ompröva hela kosmologiska sammanhanget för hur galaxer brinner ut tidigt och utvecklas till lokala elliptiska formade galaxer. Kanske har vi varit blinda för att tidiga" döda "galaxer i själva verket kan vara skivor, helt enkelt eftersom vi inte har kunnat lösa dem. ”
I tidigare studier antogs det att avlägsna döda galaxer var liknande i struktur som de lokala elliptiska galaxerna som de så småningom utvecklades till. Före denna studie var bekräftelse av denna hypotes inte möjlig eftersom nuvarande instrument inte är tillräckligt kraftfulla för att se så långt in i rymden. Men genom att kombinera kraften i gravitationellinsering med Hubbles högupplösta, kunde Toft och hans team se denna döda galax tydligt.
Genom att kombinera rotationshastighetsmätningar från ESO: s Very Large Telescope (VLT) med arkivdata från Cluster Lensing And Supernova-undersökningen med Hubble (CLASH) kunde de bestämma storleken på galaxen, massan och åldern samt dess (defunct) ) hastighet för stjärnbildningen. I slutändan fann de att den avlägsna galaxen är tre gånger så massiv som Vintergatan, men bara hälften av sin storlek och snurrar mer än dubbelt så snabbt.
Varför denna galax slutade bilda stjärnor är fortfarande okänt och kommer att kräva uppföljningsundersökningar med mer sofistikerade instrument. Men under tiden finns det några möjliga teorier. Till exempel kan det vara resultatet av en aktiv galaktisk kärna, där ett supermassivt svart hål i mitten av MACS 2129-1 hämmade stjärnbildningen genom att värma galaxens gas och utvisa den från galaxen.
Eller så kan det vara resultatet av att kall gas strömmade in i galaxens centrum där den snabbt värmdes och komprimerades, och därmed förhindrade den från att kyla och bilda stjärnbildande moln. Men när det gäller hur dessa typer av tidiga, döda galaxer kunde ha lett till de elliptiska galaxerna vi ser idag, tror Toft och hans kollegor att de vet svaret. Som han förklarade kan det vara genom sammanslagningar:
”Om dessa galaxer växer genom sammanslagning med mindre följeslagare, och dessa mindre följeslagare kommer i stort antal och från alla möjliga olika vinklar till galaxen, skulle detta så småningom slumpmässigt slumpa om banorna av stjärnor i galaxerna. Du kan också tänka dig större sammanslagningar. Detta skulle definitivt också förstöra stjärnornas ordnade rörelse. ”
Under de kommande åren hoppas Toft och hans team att dra nytta av James Webb-teleskopet (som kommer att lanseras 2018) för att söka efter mer tidiga döda galaxer, i hopp om att det kan belysa de olösta frågor som denna upptäckt väcker. Och med förmågan att undersöka djupare i rymden, förutser astronomer att mycket mer kommer att avslöjas om det tidiga universum.
