“Den fjerneste galaksen som er sett!” Har vi ikke hørt den før? (Se for eksempel her og her.) Selv om det er sant at astronomer fortsetter å skyve lenger tilbake i tid med bedre instrumenter, er det grunnleggende utfordringer både med å observere og måle avstandene til de tidligste galaksene i kosmos.
Derfor er denne nye observasjonen av en galakse som dannet seg rundt 700 millioner år etter Big Bang, betydelig. Mens det er identifisert mange galakser som dannet seg i den tiden, har astronomer bare målt nøyaktige avstander for fem av dem. Denne galaksen markerer den sjette, og den er den lengste av gjengen. Kanskje enda viktigere enn avstandsmålingen, bestemte forskere at denne galaksen fødte nye stjerner med mer enn 100 ganger hastigheten Melkeveien gjør i dag. Dette indikerer at tidlige galakser kan ha vært mer aggressive med stjernedannelse enn tidligere antatt.
En ny artikkel publisert i Natur (betalingsveggvarsel) beskriver måling av rødskiftet til en galakse identifisert i Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS), som bruker den infrarøde spektrografen på Keck-teleskopet på Hawaii. På grunn av denne store avstanden ser ikke Hubble-romteleskopet galaksen i sine optiske bånd, men det er en lys kilde i infrarød, både for Hubble og Spitzer-romteleskopet. Redshift er, hvis du husker det, et mål på hvor raskt en galakse ser ut til å bevege seg fra oss når universet utvides; jo høyere rødskiftet er, jo lenger vekk er galaksen - og derfor jo lenger tid siden avga det lyset vi ser. Når universet vokser, strekker det bølgelengden til lyset proporsjonalt. På den måten blir det synlige lyset eller til og med ultrafiolett utslipp som er vanlig i stjerner, forskjøvet til den infrarøde delen av spekteret.
I dette tilfellet målte astronomer rødskiftet til galaksen z8_GND_5296 (det er et minneverdig navn for deg) til å være 7,51, som tilsvarer omtrent 13 milliarder lysår unna. De bestemte dette tallet ved å måle Lyman alpha (Ly α) -utslipp fra hydrogengass, som både er veldig vanlig og vanskelig å måle på så store avstander. Ly α-lys fra hydrogengass på vårt sted er omtrent 122 nanometer, fast i den ultrafiolette delen av spekteret, men den tilsvarende utslipp fra z8_GND_5296 er omtrent 1034 nanometer, som er infrarød. (For å få rødskiftet, del det større tallet med det mindre og trekke fra. 1. Dessverre er forholdet mellom rødskift og avstand intet så enkelt.)
Imidlertid har ikke hver galakse med sammenlignbare avstander målbare Ly α -utslipp: noe ser ut til å hindre mye av det lyset i å nå oss. Den ledende ideen er nøytral intergalaktisk gass som sprer lyset, men det er for få galakser observert for å bekrefte den hypotesen. Som et resultat, mens det finnes dusinvis av galakser med rødskift større enn 7 (bestemt ikke av spektrum, men av den tilsynelatende fargen på galaksen), kan rødskiftene ikke dobbeltkontrolleres for de fleste. Denne artikkelen rapporterer om 43 tidlige galakser, men bare en av den prøven hadde målbare Ly α-utslipp.
Mer interessant er galaksen z8_GND_5296 relativt rik på “metaller”: elementer som er tyngre enn helium. Siden disse elementene er produsert av stjerner i stedet for Big Bang, indikerer det en veldig rask syklus av stjernefødsel og død selv da galaksen sendte ut lyset vi observerer.
For å støtte denne påstanden fant forfatterne av den foreliggende studien at z8_GND_5296 og en lignende galakse som ble betegnet GN 108036 har ekstremt høye stjernedannelsesrater, og konverterte ekvivalentet til 330 solens masse til nye stjerner. Det er mer enn 100 ganger stjernedannelsesfrekvensen på Melkeveien, og kan sammenlignes med noen av de mest ekstreme stjernedannende galakser. Disse galaksene ble tidligere antatt å være sjeldne, så astronomer kan trenge å revidere estimatene deres for hvor raskt nye stjerner ble laget i tidlige galakser.
Uansett hva, det vil være interessant å se hvordan andre tidlige galakser ser ut når observasjonene våre forbedres. Uten det vil vi ikke vite om z8_GND_5296 er en sjeldenhet i sin ekstreme stjernedannelse, eller forstår hvorfor det er relativt lyst i Ly α-utslipp mens søsknene ikke er det. Og kanskje finner vi inndelingen i tiden mellom tiden uten galakser og de aller første galakser som dannes.
