Massive galakser i det tidlige universet dannet stjerner på et mye raskere klipp enn de gjør i dag - og skaper tilsvarer tusen nye soler per år. Denne frekvensen nådde sitt høydepunkt 3 milliarder år etter Big Bang, og med 6 milliarder år hadde galakser skapt de fleste av stjernene sine.
Nye observasjoner fra Hubble-romteleskopet viser at til og med dverggalakser - de små, lave masseklyngene på flere milliarder stjerner - produserte stjerner med en hurtig hastighet, og som spilte en større rolle enn forventet i universets tidlige historie.
I dag har vi en tendens til å se dverggalakser som klamrer seg fast til større galakser, eller noen ganger er oppslukt i, snarere enn eksisterende som brennende samlinger av stjerner alene. Men astronomer har mistenkt at dverger i det tidlige universet raskt kan slå over stjerner. Problemet er at de fleste bilder ikke er skarpe nok til å avsløre de svake, fjerne galaksene vi trenger å observere.
"Vi har allerede mistanke om at dvergstjernende galakser vil bidra til den tidlige bølgen av stjernedannelse, men dette er første gang vi har kunnet måle effekten de faktisk hadde," sa hovedforfatter Hakim Atek fra École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) i en pressemelding. "Det ser ut til at de har hatt en overraskende betydelig rolle å spille under epoken der universet dannet de fleste av stjernene sine."
Tidligere studier av starburst-galakser i det tidlige universet var partisk mot massive galakser, og etterlot det enorme antallet dverggalakser som eksisterte i denne tidsalderen. Men de svært følsomme egenskapene til Hubble's Wide Field Camera 3 har nå gjort det mulig for astronomer å kikke seg mot dverggalakser med lav masse i det fjerne universet.
Atek og kollegene så på 1000 galakser fra omtrent tre milliarder år til 10 milliarder år etter Big Bang. De gravde gjennom dataene sine, på leting etter H-alfa-linjen: en dyprød synlig spektrallinje, som oppstår når et hydrogenelektron faller fra det tredje til nest laveste energinivået.
I stjernedannende regioner ioniseres den omliggende gassen kontinuerlig av stråling fra de nydannede stjernene. Når gassen er ionisert, kan kjernen og det fjernede elektronet rekombinere seg for å danne et nytt hydrogenatom med elektronet typisk i en høyere energitilstand. Dette elektronet vil deretter kaskade tilbake til grunntilstanden, en prosess som produserer H-alfa-utslipp omtrent halvparten av tiden.
Så H-alfa-linjen er en effektiv sonde for stjernedannelse, og lysstyrken på H-alfa-linjen (som er mye lettere å oppdage enn den svake, nesten usynlige, kontinuum) er en effektiv sonde for stjernedannelsesfrekvensen. Fra denne enkeltlinjen fant Attek og kollegene at hastigheten som stjernene slår til i tidlige dverger er overraskende høy.
"Disse galaksene danner stjerner så raskt at de faktisk kunne doble hele stjernemassen på bare 150 millioner år - denne typen gevinst i stjernemasse vil ta de fleste normale galakser 1-3 milliarder år," sa medforfatter Jean-Paul Kneib, også fra EPFL.
Teamet vet ennå ikke hvorfor disse små galaksene produserer et så stort antall stjerner. Generelt antas at utbrudd av stjernedannelse følger noe kaotiske hendelser som galaktiske sammenslåinger eller sjokket av en supernova. Men ved å fortsette å studere disse dverggalakseene, håper astronomer å belyse den galaktiske evolusjonen og bidra til å male et konsistent bilde av hendelsene i det tidlige universet.
Oppgaven er publisert i dag i Astrophysical Journal og kan sees her. Den siste Hubblecasten (nedenfor) dekker også dette spennende resultatet.
