Galakser for lenge siden var veldig fekund; de fødte stjerner med en hastighet minst ti ganger det vi ser i dag.
Hvorfor? Var det flere ting rundt da for å lage stjerner? Eller var galakser den gang mer effektive til å lage stjerner? Eller noe annet??
Dr. Linda Tacconi, fra Tysklands Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, ledet et internasjonalt team av astronomer for å finne ut hvorfor ... og svaret ser ut til å være at unge galakser ble fylt til gjellene med gass.
"Vi har vært i stand til for første gang å oppdage og avbilde den kalde molekylære gassen i normale stjernedannende galakser, som er representative for de typiske massive galaksepopulasjonene like etter Big Bang," sa dr Tacconi.
De utfordrende observasjonene gir det første glimtet hvordan galakser, eller mer presist den kalde gassen i disse galaksene, så ut bare 3 til 5 milliarder år etter Big Bang (tilsvarer en kosmologisk rødforskyvning z ~ 2 til z ~ 1). I denne alderen ser galakser ut til å ha dannet stjerner mer eller mindre kontinuerlig med minst ti ganger frekvensen sett i lignende massesystemer i det lokale universet.
Det er nå rimelig veletablert at galakser dannet fra prototalakser, som selv dannet seg i lokale overtettheter, dominert av kald mørk materie - mørke materie-haloer - der det ny nøytrale hydrogen og helium samlet og avkjølt. Gjennom kollisjoner og sammenslåinger, og noe pågående gassakskresjon, dannet proto-galaksene unge galakser, noen milliarder år etter Big Bang - i kort, hierarkisk formasjon.
Detaljerte observasjoner av den kalde gassen og dens distribusjon og dynamikk har en nøkkelrolle i å skille ut de komplekse mekanismene som er ansvarlige for å gjøre de første proto-galaksene om til moderne galakser, som Melkeveien. En stor studie av fjerne, lysende stjernedannende galakser ved Milleau-interferometeret Plateau de Bure har nå resultert i et gjennombrudd ved å se direkte på stjerneformasjonen "mat". Studien utnyttet store nyere fremskritt i radiometers følsomhet ved observatoriet for å foreta den første systematiske kartleggingen av kalde gassegenskaper (sporet av en rotasjonslinje av karbonmonoksydmolekylet) til normale massive galakser når universet var 40% ( z = 1,2) og 24% (z = 2,3) av dagens alder. Tidligere observasjoner var i stor grad begrenset til sjeldne, veldig lysende gjenstander, inkludert galaksefusjoner og kvasarer. Den nye studien sporer i stedet massive stjernedannende galakser som er representative for den ‘normale’ gjennomsnittlige galaksepopulasjonen i denne masse- og rødskiftområdet.
"Da vi startet programmet for omtrent ett år siden", sier Dr. Tacconi, "kunne vi ikke være sikre på at vi til og med ville oppdage noe. Men observasjonene var vellykkede utover våre mest optimistiske forhåpninger. Vi har vært i stand til å demonstrere at massive normale galakser ved z ~ 1.2 og z ~ 2.3 hadde fem til ti ganger mer gass enn hva vi ser i det lokale universet. Med tanke på at disse galaksene danner gass med høy hastighet over lengre tid, betyr dette at gass kontinuerlig må ha blitt påfyllet av tilskudd fra mørke materiehaloer, i utmerket samsvar med nyere teoretisk arbeid. ”
Et annet viktig resultat av disse observasjonene er de første romlig oppløste bildene av fordeling av kulde gass og bevegelser i flere av galaksene. "Denne undersøkelsen har åpnet døren for en helt ny mulighet til å studere utviklingen av galakser," sier Pierre Cox, direktøren for IRAM. "Dette er virkelig spennende, og det er mye mer som kommer."
"Disse fascinerende funnene gir oss viktige ledetråder og begrensninger for neste generasjons teoretiske modeller som vi vil bruke for å studere de tidlige faser av galakseutviklingen mer detaljert," sier Andreas Burkert, spesialist for stjernedannelse og utviklingen av galakser på Tysklands fremragende Cluster Universe. "Til slutt vil disse resultatene bidra til å forstå opprinnelsen og utviklingen av Melkeveien vår."
Om EGS 1305123-bildet: Romlig oppløste optiske bilder og millimeterbilder av en typisk massiv galakse ved rødskift z = 1,1 (5,5 milliarder år etter Big Bang). Det venstre bildet ble tatt med Hubble-romteleskopet i V- og I-optiske bånd, som en del av AEGIS-undersøkelsen av fjerne galakser. Det høyre bildet er et overlegg av CO 3-2-utslippet observert med PdBI (røde / gule farger) lagt på I-bildet (grått). For første gang viser disse observasjonene tydelig at utslippet av molekylære linjer og det optiske lyset fra massive stjerner sporer en massiv, roterende skive med diameter ~ 60.000 lysår. Denne disken er lik størrelse og struktur som sett i z ~ 0-galakser, for eksempel Melkeveien. Imidlertid er massen av kald gass på denne disken omtrent en størrelsesorden større enn i typiske z ~ 0-galakser. Dette forklarer hvorfor høyz-galakser kan dannes kontinuerlig med omtrent ti ganger frekvensen av typiske z ~ 0-galakser.
Kilder: Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Tacconi et al. (2010), Nature 463, 781 (forhåndstrykk: arXiv: 1002.2149)
