Massiva galaxer i det tidiga universum bildade stjärnor på ett mycket snabbare klipp än de gör idag - vilket skapar motsvarigheten till tusen nya solar per år. Denna takt nådde sin topp 3 miljarder år efter Big Bang, och med 6 miljarder år hade galaxer skapat de flesta av sina stjärnor.
Nya observationer från Hubble Space Telescope visar att till och med dvärggalaxier - de små, låga massaklusterna av flera miljarder stjärnor - producerade stjärnor i snabb takt och spelade en större roll än förväntat i universums tidiga historia.
Idag tenderar vi att se dvärggalaxier klamra sig fast vid större galaxer, eller ibland uppslukade i, snarare än att existera som eldiga samlingar av stjärnor ensam. Men astronomer har misstänkt att dvärgarna i det tidiga universum snabbt kunde vända stjärnor. Problemet är att de flesta bilder är inte tillräckligt skarpa för att avslöja de svaga, avlägsna galaxerna vi behöver observera.
”Vi misstänkte redan att dvärgstjärniga galaxer skulle bidra till den tidiga vågen av stjärnbildning, men det är första gången vi har kunnat mäta effekten de faktiskt hade,” sa huvudförfattaren Hakim Atek från École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) i ett pressmeddelande. "De verkar ha haft en förvånansvärt viktig roll under epoken där universum bildade de flesta av sina stjärnor."
Tidigare studier av starburst-galaxer i det tidiga universum var partiska mot massiva galaxer, vilket lämnade det enorma antalet dvärggalaxier som fanns i denna tid. Men de mycket känsliga kapaciteterna hos Hubbles breda fältkamera 3 har nu gjort det möjligt för astronomer att kika till små dvärggalaxier i det avlägsna universum.
Atek och kollegor tittade på 1000 galaxer från ungefär tre miljarder år till 10 miljarder år efter Big Bang. De grävde igenom sina data på jakt efter H-alfa-linjen: en djup-röd synlig spektrallinje, som uppstår när en väteelektron faller från sin tredje till näst lägsta energinivå.
I stjärnbildande regioner jonas den omgivande gasen kontinuerligt genom strålning från de nybildade stjärnorna. När gasen joniserats kan kärnan och den borttagna elektronen rekombineras för att bilda en ny väteatom med elektronen typiskt i ett högre energitillstånd. Denna elektron kommer sedan att kaskadera tillbaka till marktillståndet, en process som producerar H-alfa-utsläpp ungefär halva tiden.
Så H-alfa-linjen är en effektiv sond för stjärnbildning och ljusstyrkan för H-alfa-linjen (som är mycket lättare att upptäcka än den svaga, nästan osynliga, kontinuum) är en effektiv sond för stjärnbildningsgraden. Från denna enda rad fann Attek och kollegor att hastigheten som stjärnorna slår på i tidiga dvärgar är förvånansvärt hög.
"Dessa galaxer bildar stjärnor så snabbt att de faktiskt kunde fördubbla hela stjärnmassan på bara 150 miljoner år - den här typen av vinst i stjärnmassan skulle ta de flesta normala galaxer 1-3 miljarder år," sa medförfattaren Jean-Paul Kneib, också av EPFL.
Teamet vet ännu inte varför dessa små galaxer producerar ett så stort antal stjärnor. I allmänhet tros skurar av stjärnbildningar följa något kaotiska händelser som galaktiska sammanslagningar eller en supernovas chock. Men genom att fortsätta studera dessa dvärggalaxier hoppas astronomer att belysa den galaktiska utvecklingen och hjälpa till att måla en konsekvent bild av händelserna i det tidiga universum.
Uppsatsen publicerades idag i Astrophysical Journal och kan ses här. Den senaste Hubblecasten (nedan) täcker också detta spännande resultat.
