Forskare har ifrågasatt vår nuvarande förståelse av hur galaxer bildas genom att avslöja bilder av en ung galax i universums tidiga liv som verkar förvånansvärt mogen.

Galaxen, kallad ALESS 073.1, tycks ha alla egenskaper som förväntas av en mycket mer mogen galax och har fått teamet av forskare att ifrågasätta hur den växte så snabbt.

Den nya forskningen har publicerats idag i Vetenskap .

Galaxer finns i en mängd olika former, storlekar och färger, och består av olika komponenter som roterande skivor, spiralarmar, och "utbuktningar".

Ett viktigt mål för dagens astronomi är att förstå varför olika galaxer ser ut som de är idag och när deras olika komponenter bildades.

Laget, ledd av forskare vid Cardiff University, använde Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) teleskopet som en "tidsmaskin" för att titta in i det avlägsna förflutna, avslöjar hur ALESS 073.1 såg ut bara 1,2 miljarder år efter Big Bang.

Eftersom ljuset som sänds ut från galaxen tog miljarder år att nå våra teleskop på jorden, teamet kunde utforska hur galaxen såg ut under sin linda och bestämma hur den ursprungligen bildades.

Resultatet var ett av de skarpaste, direkta bilder av en urgalax som någonsin producerats vilket gjorde det möjligt för teamet att genomföra en detaljerad studie av dess inre struktur.

"Vi upptäckte att en massiv utbuktning, en vanlig roterande skiva, och möjligen var spiralarmar redan på plats i denna galax när universum bara var 10 % av sin nuvarande ålder, " sa huvudförfattaren till studien Dr Federico Lelli, som åtog sig arbetet vid Cardiff Universitys School of Physics and Astronomy.

"Med andra ord, den här galaxen ser ut som en vuxen vuxen, men det borde bara vara ett litet barn."

Medförfattare till studien Dr. Timothy Davis, från Institutionen för fysik och astronomi, sa:"Denna spektakulära upptäckt utmanar vår nuvarande förståelse av hur galaxer bildas eftersom vi trodde att dessa egenskaper bara uppstod i "mogna" galaxer, inte hos unga."

En viktig egenskap hos en galax är närvaron av en så kallad utbuktning – en tätt packad grupp stjärnor som vanligtvis ligger i galaxens mitt.

Man trodde att massiva utbuktningar bildades långsamt genom sammanslagning av mindre galaxer eller av specifika processer som inträffade inom själva galaxen; dock, de kinematiska egenskaperna hos ALESS 073.1 har avslöjat att bildningen av massiva utbuktningar kan ske extremt snabbt – ungefär hälften av stjärnorna i galaxen visades vara i en utbuktning.

Liknande, några mogna galaxer, som vår egen Vintergatan, har varit kända för att ha spiralarmar som sträcker sig från sina centrala delar, ger dem en distinkt spiralform.

Liknande funktioner upptäcktes också oväntat i ALESS 073.1, till lagets stora förvåning, eftersom tidiga galaxer i allmänhet anses vara kaotiska och turbulenta snarare än att ha regelbundna, välorganiserade strukturer som spiralarmar.

"En galax som ALESS 073.1 trotsar bara vår förståelse av galaxbildning, " avslutade Dr Lelli.