Alla har en bakgrund, även vår egen Vintergatan galax. Och ungefär som sociala medier, bilden är inte alltid så vacker som den ser ut på den aktuella ytan, säger astronomen Casey Papovich från Texas A&M University.

Papovich noterar att stora diskgalaxer som vår egen Vintergatan inte alltid var de välordnade, pinwheel-liknande, spiralstrukturer vi ser i universum idag. Tvärtom, han och andra internationella experter som är specialiserade på galaxbildning och evolution tror att för cirka 8-10 miljarder år sedan, stamfader till Vintergatan och liknande skiv-/spiralgalaxer var mindre och mindre organiserade, men ändå mycket aktiva i sin ungdom.

I tidigare NASA och National Science Foundation-finansierad forskning, Papovich och hans medarbetare visade att dessa yngre versioner av sådana galaxer körde fram nya stjärnor snabbare än vid någon annan tidpunkt i deras livslängd, vilket tyder på att de måste vara otroligt rika på stjärnbildande material. Och nu, de har övertygande bevis – den galaktiska motsvarigheten till en rykande pistol.

Genom att använda National Radio Astronomy Observatorys Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) – en enorm, mycket sofistikerad radioteleskoparray belägen på 16, 500 fots höjd i Chiles höga öken – ett Papovich-ledd team av astronomer studerade fyra mycket unga versioner av galaxer som Vintergatan som är 9 miljarder ljusår bort, vilket betyder att laget kunde se dem som de såg ut för ungefär 9 miljarder år sedan. De upptäckte att varje galax var otroligt rik på kolmonoxid - ett välkänt spår av molekylär gas, som är bränslet för stjärnbildning.

Teamets resultat rapporteras i en tidning som publicerats på arXiv och kommer att publiceras i det inledande numret av Natur astronomi i januari.

"Vi använde ALMA för att upptäcka ungdomsversioner av Vintergatan och fann att sådana galaxer verkligen har mycket högre mängder molekylär gas, som skulle underblåsa snabb stjärnbildning, sa Papovich, huvudförfattare på tidningen och medlem av George P. och Cynthia Woods Mitchell Institute for Fundamental Physics and Astronomy. "Jag liknar dessa galaxer vid en tonårsmänniska som konsumerar enorma mängder mat för att underblåsa sin egen tillväxt under tonåren."

Förutom Papovich, i forskargruppen ingår även andra Texas A&M-astronomer Ryan Quadri och Kim-Vy Tran, samt astronomer från Leiden Observatory i Holland, Swinburne University och Macquarie University i Australien, National Optical Astronomy Observatory (NOAO), University of Texas i Austin, Lyon Observatory i Frankrike och Max Plank Institute for Astronomy i Tyskland.

Även om det relativa överflödet av stjärnbildande gas är extremt i dessa galaxer, Papovich säger att de ännu inte är färdigbildade och ganska små jämfört med Vintergatan som vi ser det idag. De nya ALMA-data indikerar att den stora majoriteten av massan i dessa galaxer finns i kall molekylär gas snarare än i stjärnor – en situation som Papovich säger är omvänd för närvarande i vår Vintergatan, där massan i stjärnor uppväger massan i gas med en faktor 10 till 1. Dessa observationer, han noterar, hjälper till att bygga en komplett bild av hur materia i galaxer i Vintergatans storlek utvecklades och hur vår egen galax bildades.

"De flesta stjärnor idag finns i galaxer som Vintergatan, så genom att studera hur galaxer som våra egna bildades, vi har kommit att förstå de mest typiska platserna för stjärnor i universum, sa Papovich, medlem sedan 2008 av Texas A&M Department of Physics and Astronomy, där han är medinnehavare av Marsha L. '69 och Ralph F. Schilling '68 lärostolen i experimentell fysik. "Vår nuvarande forskning visar att galaxer med Vintergatans massa verkar ackumulera det mesta av sin gas under sina första miljarder år av historia. I det skedet, de har det mesta av det bränsle de behöver för att producera de stjärnor som de för närvarande omfattar i nuet."

Närvaron av omfattande gasreservoarer backar upp lagets tidigare observationer som gav de första påtagliga bilderna som visar upp den aldrig tidigare skådade livshistorien om Vintergatans galaxutveckling. Bland andra detaljer, deras tidigare studie avslöjade en stjärnfödelsetal 30 gånger högre än den är i Vintergatan idag - ungefär en per år, jämfört med cirka 30 varje år för 9,5 miljarder år sedan.

"Tack vare ALMA och andra innovativa instrument som tillåter oss att titta 9 miljarder år in i det förflutna för att analysera galaxer som sannolikt liknar stamfadern till vår egen Vintergatans galax, vi kan faktiskt bevisa vad våra observationer visar, sa Papovich.

Papovich och hans team har nyligen fått mer konkurrenskraftig tid med ALMA för att studera temperaturen och densiteten hos den stjärnbildande gasen, så att de kan mäta och kartlägga dess övergångar och faser och helst de relaterade effekterna inom galaxerna.

"Detta kommer att börja berätta för oss hur dessa galaxer bildade stjärnor i så snabb takt, jämfört med nuvarande förhållanden, " han sa.

Papovich, Quadri och Tran är bland ungefär två dussin astronomer runt om i världen som har ägnat flera år åt att studera noggrant utvalda avlägsna galaxer som i massa liknar stamfadern till vår egen Vintergatan och som hittades i två programundersökningar av universum. Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS) och FourStar Galaxy Evolution Survey (ZFOURGE). Bortom ALMA, teamets forskning har använt observationer från NASA:s rymdteleskop Hubble och Spitzer och Europeiska rymdorganisationens Herschel Space Observatory. Hubble-bilderna från CANDELS-undersökningen gav också strukturell information om galaxstorlekar och hur de utvecklades. Observationer av långt infrarött ljus från Spitzer och Herschel hjälpte astronomerna att spåra stjärnbildningshastigheten.

Lagets tidning, Stora molekylära gasreservoarer i förfäder till Vintergatans galaxer för 9 miljarder år sedan, kan ses online tillsammans med relaterade bilder och bildtexter.