Galaxer i det unga universum bildade stjärnor i 10 till 50 gånger högre hastighet än deras moderna motsvarigheter, som vår Vintergatan. En nyligen genomförd studie har funnit att de inte bara var uppskalade versioner av stjärnbildande regioner som ses idag. Istället, UCLA-professor Matthew Malkan och flera medarbetare har funnit att de tidigaste galaxerna "blir gröna".

"Upptäckten av att unga galaxer är så oväntat ljusa - om du letar efter detta distinkta gröna ljus - kommer dramatiskt att förändra och förbättra sättet att studera galaxbildningen genom universums historia, sa Malkan.

Astronomerna upptäckte ett häpnadsväckande antal avlägsna galaxer där den starkaste emissionslinjen är från dubbeljoniserat syre. Dess våglängd i det gröna området av det elektromagnetiska spektrumet gör den slående färgen som även ses i så kallade "planetära" nebulosor (felnamn eftersom deras grönaktiga färg liknar planeterna Uranus och Neptunus, men av helt andra skäl).

Detta var förvånande eftersom nuvarande stjärnbildande regioner, som den närliggande Orionnebulosan, ge ett rosa sken, som kommer från väteatomer – det absolut vanligaste grundämnet i universum. Nyfödda stjärnor är inbäddade i gasmolnen som de nyligen föddes ur. Ultravioletta fotoner från dessa unga stjärnor bestrålar atomerna i gasen, får dem att värmas upp och förlora elektroner - en process som kallas fotojonisering. Denna heta joniserade gas avger sedan ett distinkt mönster av ljusfärger. Den starkaste färgen är nästan alltid det rosa ljuset från upphettade väteatomer.

Men något ovanligt pågick under de tidiga generationerna av stjärnbildning, bara en eller två miljarder år efter Big Bang. Syreatomerna i deras omgivande gasmoln har förlorat två elektroner, snarare än den vanliga. Att slå av den andra elektronen kräver mycket energi. Detta kan göras av endast extremt energiska fotoner (nästan inom röntgenområdet). Få sådana högenergifotoner produceras av de unga stjärnorna som idag ses i Orion eller någon annanstans i Vintergatan eller andra moderna galaxer.

De ÄR producerade av några mycket hetare stjärnor, såsom de som finns kort i mitten av "planetariska" nebulosa (höger fotografi ovan). Men sådana extrema förhållanden ses bara i hela galaxen i mindre än en hundradels procent av galaxerna idag. Kallas "gröna ärtor, " dessa grönaktiga dvärgstjärnsprängda galaxer upptäcktes av Galaxy Zoo-projektet. Förklaringen till varför det unga universum blev grönt – men sedan stoppades – är fortfarande under intensiv utredning. Malkan och kollegor misstänker att det beror på att unga stjärnor var hetare i de tidigare faserna av galaxens evolution. Fler av dem liknade effektivt de mycket varma (T> 50, 000°C) centrala stjärnor i planetariska nebulosor (men med mycket olika ursprung).

En nyligen genomförd analys av tusentals avlägsna galaxer i Subaru Deep Field med doktorand Daniel Cohen fann att ALLA små galaxer är förvånansvärt starka utsändare av den gröna emissionslinjen av dubbeljoniserat syre. Genom att beräkna ett medelvärde av data för ett så stort antal galaxer, de fick de första exakta mätningarna av dvärggalaxerna som är extremt svaga, men överlägset vanligast i det unga universum. Den bifogade figuren visar ett genomsnitt på 1, 294 av dessa galaxer vid en rödförskjutning av z =3. Dessa observeras 2 miljarder år efter Big Bang, när universum var 70 gånger tätare än idag. "O++-emissionslinjen (som faller mellan de två vertikala streckade linjerna) är så stark att den till och med förvränger hela den infraröda delen av galaxspektrumet, som annars är stjärnljus, sa Malkan.

Den kommande generationen rymdteleskop för kosmologiska undersökningar kommer snart att gå för denna gröna. Särskilt, lanseringen av NASA:s rymdteleskop James Webb 2018, följt av deras WFIRST 2024 och 2020 års föregångare från European Space Agency, EUCLID, är alla designade för att undersöka galaxer i det unga universum genom denna gröna O++ emissionslinje.

Vid de höga rödskiftningarna av intresse, sett under de första 500 miljoner åren sedan Big Bang, denna "gröna" linje flyttas ännu längre in i det infraröda våglängdsområdet, sa Malkan. Kylan, mörka miljöer i dessa teleskop, och deras nya detektorer, är mycket optimerade för att ge oöverträffad spektroskopisk känslighet för den starka O++-emissionen vid dessa infraröda våglängder.

"Denna ena linjen kommer att vara den enskilt mest kraftfulla sonden för galaxbildning, så snart galaxer bildar sina första stjärnor och supernovor för att producera syreatomer, "Sa Malkan. "Att upptäcka och studera den intensiva gröna glöden från de yngsta galaxerna (förskjutna till infraröd) ser nu ut som vår bästa möjlighet att lära sig hur de första galaxerna utvecklades."

Malkan diskuterar denna forskning idag vid det 229:e mötet för American Astronomical Society i Grapevine, Texas.