Ett internationellt team av astronomer har, för första gången, såg en massiv, inaktiv galax från en tid då universum bara var 1,65 miljarder år gammalt.
Astronomer förväntar sig att de flesta galaxer från denna epok kommer att vara lågmassor, livligt bildande stjärnor. Dock, denna galax är 'ett monster' och inaktiv, enligt professor Karl Glazebrook, Direktör för Swinburne's Center for Astrophysics and Supercomputing, som ledde laget.
Forskarna fann att denna massiva galax inom en kort tidsperiod, känd som ZF-COSMOS-20115, bildade alla sina stjärnor (tre gånger mer än vårt Vintergatan i dag) genom en extrem stjärnsprängningshändelse. Men det slutade bilda stjärnor bara en miljard år efter Big Bang för att bli en vilande eller "röd och död" galax - vanligt i vårt universum idag, men förväntas inte existera vid denna gamla epok.
Galaxen är också liten och extremt tät, den har 300 miljarder stjärnor som trängts in i en rymdregion ungefär lika stor som avståndet från solen till den närliggande Orion -nebulosan.
Astrofysiker diskuterar fortfarande hur galaxer slutar bilda stjärnor. Tills nyligen, modeller föreslog döda galaxer eller "röda nuggets" som detta bör bara existera från cirka tre miljarder år efter Big Bang.
"Denna upptäckt sätter ett nytt rekord för den tidigaste massiva röda galaxen. Det är en otroligt sällsynt fynd som utgör en ny utmaning för galaxutvecklingsmodeller för att rymma sådana galaxers existens mycket tidigare i universum, "Professor Glazebrook säger.
Denna forskning bygger på en tidigare Swinburne-studie som föreslog att sådana döda galaxer kan existera baserat på att hitta mörka röda föremål i extremt djupa nära-infraröda bilder.
I denna senaste studie, astronomer använde W M Keck -teleskopen i Hawai'i för att bekräfta signaturerna av dessa galaxer, genom den nya och unika MOSFIRE -spektrografen. De tog djupa spektra vid nära-infraröda våglängder för att söka efter de definitiva egenskaperna som indikerar förekomsten av gamla stjärnor och brist på aktiv stjärnbildning.
"Vi använde det mest kraftfulla teleskopet i världen, men vi behövde fortfarande stirra på denna galax i mer än två nätter för att avslöja dess anmärkningsvärda natur, "medförfattare professor Vy Tran, från Texas A&M University, säger.
Även med stora teleskop som Keck med en 10 meter spegel, en lång visningstid krävs för att upptäcka absorptionslinjer som är mycket svaga jämfört med de mer framträdande utsläppslinjerna som genereras av stjärnbildande aktiva galaxer.
"Genom att samla in tillräckligt med ljus för att mäta galaxens spektrum, vi dechiffrerar den kosmiska berättelsen om vilka stjärnor och element som finns i dessa galaxer och konstruerar en tidslinje för när de bildade sina stjärnor, Säger professor Tran.
Den observerade stjärnbildningshastigheten för denna galax producerar mindre än en femtedel av solens massa per år i nya stjärnor, men på sin topp 700 miljoner år tidigare bildades denna galax 5000 gånger snabbare.
"Denna enorma galax bildades som en smällare på mindre än 100 miljoner år, precis i början av kosmisk historia, "Professor Glazebrook säger.
"Det blev snabbt ett monsterobjekt, då släcktes den lika plötsligt och stängde av sig själv. Om hur det gjorde detta kan vi bara spekulera. Detta snabba liv och död så tidigt i universum förutses inte av våra moderna galaxbildningsteorier. "
Medförfattare Dr Corentin Schreiber vid Leiden University, som först mätte spektrumet, spekulerar i att dessa tidiga smällare är skymda bakom en slöja av damm och att framtida observationer med hjälp av sub-millimeter vågteleskop kommer att upptäcka dessa.
"Sub-millimeter vågor avges av det heta dammet som blockerar annat ljus och kommer att berätta för oss när dessa smällare exploderade och hur stor roll de spelade för att utveckla uruniversum, "säger Dr Schreiber.
Med lanseringen av James Webb rymdteleskop 2018 astronomer kommer att kunna bygga upp stora prover av dessa döda galaxer på grund av dess höga känslighet, stor spegel, och fördelen med ingen atmosfär i rymden.
Denna forskning har publicerats i Natur .
