En enorm massa glödande stjärnstoft i en galax sett kort efter universums bildande har upptäckts av ett UCL-ledt team av astronomer, ger ny inblick i de allra första stjärnornas födelse och explosiva dödsfall.

Galaxen är det mest avlägsna objekt som någonsin observerats av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) och sågs när universum bara var fyra procent av sin nuvarande ålder, cirka 600 miljoner år gammal, när de första stjärnorna och galaxerna bildades. Det är också den mest avlägsna galaxen där damm och syre har detekterats.

Studien, finansieras av Europeiska forskningsrådet och publiceras idag i Astrofysiska tidskriftsbrev , observerade A2744_YD4, den yngsta och mest avlägsna galaxen som någonsin sett med ALMA.

Laget, ledd av Dr Nicolas Laporte (UCL Physics &Astronomy), blev förvånad över att upptäcka att denna ungdomliga galax, vars enorma avstånd bekräftades med X-Shooter-instrumentet på ESO:s Very Large Telescope, innehöll ett överflöd av interstellärt damm som bildades genom dödandet av en tidigare generation av stjärnor.

Studieledning, Dr Nicolas Laporte, sade:"Inte bara är A2744_YD4 den mest avlägsna galaxen som ännu observerats av ALMA, men upptäckten av så mycket damm indikerar att tidiga supernovor måste ha redan förorenat denna galax. "

Kosmiskt damm består huvudsakligen av kisel, kol och aluminium, i korn så små som en miljonedel av en centimeter över. De kemiska elementen i dessa korn är smidda inuti stjärnor och sprids över kosmos när stjärnorna dör, mest spektakulärt vid supernova -explosioner, kortlivets slutliga öde, massiva stjärnor.

I dag, detta damm är rikligt och är en viktig byggsten i bildandet av stjärnor, planeter och komplexa molekyler; men i det tidiga universum, innan de första generationerna av stjärnor dog ut, det var knappt.

Observationerna av den dammiga galaxen A2744_YD4 möjliggjordes eftersom denna galax ligger bakom ett massivt galaxkluster som kallas Abell 2744. Ett fenomen som kallas gravitationell linser får klustret att verka som ett gigantiskt kosmiskt "teleskop", förstorar den mer avlägsna A2744_YD4 med cirka 1,8 gånger, tillåta laget att kika långt tillbaka i det tidiga universum.

ALMA -observationerna detekterade också det glödande utsläppet av joniserat syre från A2744_YD4. Detta är det mest avlägsna, och därmed tidigast, detektering av syre i universum.

"Hubble- och Spitzer -rymdteleskopen gav oss viktig information om avståndet till A2744_YD4, men det är bara tack vare kraftfulla instrument som X-Shooter och ALMA som vi kan bekräfta naturen hos denna avlägsna dammiga galax, "tillade Guido Roberts-Borsani (UCL Physics &Astronomy), Doktorand och medförfattare till studien.

Upptäckten av damm i det tidiga universum ger ny information om när de första supernovaerna exploderade och därmed tiden då de första heta stjärnorna badade universum i ljus. Att bestämma tidpunkten för denna 'kosmiska gryning' är en av de moderna astronomins heliga grailer, och det kan indirekt sonderas genom studier av tidigt interstellärt damm.

Teamet uppskattar att A2744_YD4 innehöll en mängd damm motsvarande 6 miljoner gånger massan av vår sol, medan galaxens totala stjärnmassa - massan av alla dess stjärnor - var två miljarder gånger massan av vår sol. Teamet mätte också graden av stjärnbildning i A2744_YD4 och fann att stjärnor bildas med en hastighet av 20 solmassor per år - jämfört med bara en solmassa per år i Vintergatan.

"Denna hastighet är inte ovanlig för en så avlägsen galax, men det belyser hur snabbt dammet i A2744_YD4 bildades, "förklarade professor Richard Ellis (ESO och UCL Physics &Astronomy), medförfattare till studien. "Anmärkningsvärt, den nödvändiga tiden är bara cirka 200 miljoner år, så vi bevittnar denna galax strax efter dess bildning. "

Detta innebär att en betydande stjärnbildning började cirka 200 miljoner år före den epok då galaxen observeras. Detta ger ALMA ett utmärkt tillfälle att hjälpa till att studera den tid då de första stjärnorna och galaxerna "slog på" - den tidigaste epoken som ännu undersökts. Vår sol, vår planet och vår existens är produkterna - 13 miljarder år senare - av den här första generationen stjärnor. Genom att studera deras bildning, liv och död, vi utforskar vårt ursprung.

"Med ALMA, utsikterna för att utföra djupare och mer omfattande observationer av liknande galaxer vid dessa tidiga tider är mycket lovande, sa professor Ellis.

Dr Laporte avslutade:"Ytterligare mätningar av detta slag erbjuder den spännande utsikten att spåra tidig stjärnbildning och skapandet av de tyngre kemiska elementen ännu längre tillbaka till det tidiga universum."