Astronomer har för första gången upptäckt en tät galaktisk kärna som lyser med ljus från miljoner nyfödda stjärnor i det tidiga universum.
Fyndet belyser hur elliptiska galaxer, de stora, gasfattiga sammankomsterna av äldre stjärnor, först kan ha bildats i det tidiga universum. Det är en fråga som har undgått astronomer i årtionden.
Forskarteamet avslöjade först den kompakta galaktiska kärnan, kallad GOODS-N-774, i bilder från Hubble Space Telescope. Senare observationer från Spitzer Space Telescope, Herschel Space Observatory och W.M. Keck Observatory hjälpte till att göra detta till ett verkligt vetenskapligt resultat.
Kärnan bildades för 11 miljarder år sedan, då universum var mindre än 3 miljarder år gammalt. Även om bara en bråkdel av storleken på Vintergatan, den innehöll redan den gång dubbelt så många stjärnor som vår egen galax.
Teoretiska simuleringar antyder att jätte elliptiska galaxer bildas inifrån och ut, med en stor kärna som markerar de allra första formationsstegen. Men de flesta sökningar efter dessa bildande kärnor har kommit tomhänt, vilket gör detta till en första observation och ett fenomenalt fynd.
"Vi hade verkligen inte sett en formationsprocess som kunde skapa saker som är så täta," förklarade huvudförfattaren Erica Nelson från Yale University i ett pressmeddelande. ”Vi misstänker att denna kärnbildande process är ett fenomen som är unikt för det tidiga universum eftersom det tidiga universum som helhet var mer kompakt. Idag är universum så diffust att det inte kan skapa sådana objekt längre. ”
Förutom att bestämma galaxens storlek från Hubble-bilderna, grävde teamet in i arkiverade långtinfraröda bilder från Spitzer och Herschel för att beräkna hur snabb den kompakta galaxen skapar stjärnor. Det verkar producera 300 stjärnor per år, en takt 30 gånger större än Vintergatan.
Den frenade stjärnbildningen inträffar troligen på grund av att den galaktiska kärnan bildas djupt inuti en gravitationskälla av mörk materia. Dess ovanligt höga massa drar kontinuerligt in gas, komprimerar den och gnister stjärnbildningen.
Men dessa skurar av stjärnbildningar skapar damm som blockerar det synliga ljuset. Detta hjälper till att förklara varför astronomer inte har sett en så avlägsen kärna förut, eftersom de lätt kan ha missats i tidigare undersökningar.
Teamet tror att kort efter den tidiga perioden vi kan se slutade kärnan att bilda stjärnor. Den slogs sedan troligen samman med andra mindre galaxer, tills den förvandlades till en mycket större galax, liknande de mer massiva och sedata elliptiska galaxerna vi ser idag.
"Jag tror att vår upptäckt avgör frågan om detta sätt att bygga galaxer verkligen har hänt eller inte," sa medförfattare Pieter van Dokkum från Yale University. "Frågan är nu, hur ofta inträffade detta?"
Teamet misstänker att andra galaktiska kärnor är rikliga men gömda bakom sitt eget damm. Framtida infraröda teleskoper, till exempel James Webb Space Telescope, borde kunna hitta fler av dessa tidiga föremål.
Uppsatsen publicerades 27 augusti i Nature och är tillgänglig online.
