"Den längsta galaxen som hittills har sett!" Har vi inte hört det förut? (Se till exempel här och här.) Det är sant att astronomer fortsätter att trycka längre bakåt i tiden med bättre instrument, men det finns grundläggande utmaningar både när det gäller att observera och mäta avståndet till de tidigaste galaxerna i kosmos.
Det är därför denna nya observation av en galax som bildades ungefär 700 miljoner år efter Big Bang är betydande. Medan poäng galaxer har identifierats som bildades under den tiden, har astronomer bara mät noggranna avstånd för fem av dem. Denna galax markerar den sjätte, och den är den längsta i gäng. Kanske ännu viktigare än avståndsmätningen, forskare bestämde att denna galax födde nya stjärnor med mer än 100 gånger den hastighet som Vintergatan gör idag. Det indikerar att tidiga galaxer kan ha varit mer aggressiva med stjärnbildning än tidigare trott.
En ny artikel publicerad i Natur (betalväggvarning) beskriver mätningen av rödförskjutningen av en galax som identifierats i Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS), som använder den infraröda spektrografen på Keck-teleskopet på Hawaii. På grund av detta stora avstånd ser Hubble Space Telescope inte galaxen i sina optiska band, men det är en ljus källa i infraröd, både för Hubble och Spitzer Space Telescope. Redshift, om du kommer ihåg, är ett mått på hur snabbt en galax verkar flytta bort från oss när universum expanderar; ju högre rödskiftet, desto längre bort är galaxen - och därför ju längre sedan den sände ut det ljus vi ser. När universum växer sträcker det proportionerligt ljusets våglängd. På det sättet skiftas det synliga ljuset eller till och med ultraviolett utsläpp som är vanligt i stjärnor i den infraröda delen av spektrumet.
I det här fallet mätte astronomer rödförskjutningen av galaxen z8_GND_5296 (det finns ett minnesvärt namn för dig) till 7,51, vilket motsvarar ungefär 13 miljarder ljusår bort. De bestämde detta antal genom att mäta Lyman alpha (Ly α) -emission från vätgas, vilket är både mycket vanligt och svårt att mäta på så stora avstånd. Ly α-ljuset från vätgas på vår plats är ungefär 122 nanometer, fast i den ultravioletta delen av spektrumet, men motsvarande emission från z8_GND_5296 är cirka 1034 nanometer, som är infraröd. (För att få redshift, dela det större antalet med det mindre och subtrahera. Tyvärr är förhållandet mellan redshift och avstånd ingenstans så enkelt.)
Men inte varje galax på jämförbara avstånd har mätbara Ly α-utsläpp: något verkar förhindra att mycket av det ljuset når oss. Den ledande idén är neutral intergalaktisk gas som sprider ljuset, men det finns för få galaxer som observeras för att bekräfta den hypotesen. Som ett resultat, medan det finns dussintals galaxer med rödförskjutningar större än 7 (bestäms inte av spektrum utan av den uppenbara färgen på galaxen), kan rödförskjutningarna inte dubbelkontrolleras för de flesta. Detta dokument rapporterar om 43 tidiga galaxer, men endast ett av det provet hade mätbara Ly α-utsläpp.
Mer intressant är att galaxen z8_GND_5296 är relativt rik på ”metaller”: element som är tyngre än helium. Eftersom dessa element produceras av stjärnor snarare än Big Bang, indikerar det en mycket snabb cykel av stjärnfödelse och död även när galaxen sände ut det ljus vi observerar.
För att stödja den påståendet fann författarna till den aktuella studien att z8_GND_5296 och en liknande galax betecknad GN 108036 har extremt höga stjärnbildningsgrader och omvandlade motsvarigheten till 330 solvärden i massan till nya stjärnor. Det är mer än 100 gånger stjärnbildningsfrekvensen på Vintergatan och kan jämföras med några av de mest extrema stjärnbildande galaxerna. Dessa galaxer ansågs tidigare vara sällsynta, så astronomer kan behöva revidera sina uppskattningar om hur snabbt nya stjärnor gjordes i tidiga galaxer.
Oavsett vad, det kommer att vara intressant att se hur andra tidiga galaxer är när våra observationer förbättras. Utan detta vet vi inte om z8_GND_5296 är en sällsynthet i sin extrema stjärnbildning, eller förstår varför det är relativt ljust i utsläpp av Ly α medan syskon inte är det. Och kanske hittar vi uppdelningen i tiden mellan eran utan galaxer och de allra första galaxerna som bildas.
