Förstärkt av naturliga förstoringslinser i rymden, NASA:s rymdteleskop Hubble har fångat unika närbilder av universums ljusaste infraröda galaxer, som är så mycket som 10, 000 gånger mer lysande än vårt Vintergatan.

Galaxbilderna, förstorad genom ett fenomen som kallas gravitationslinser, avslöjar en trasslig bana av missbildade föremål som präglas av exotiska mönster som ringar och bågar. De udda formerna beror till stor del på att förgrundsobjektivets galaxer har kraftfull tyngdkraft som snedvrider bilderna av bakgrundsgalaxerna. De ovanliga formerna kan också ha producerats av spektakulära kollisioner mellan avlägsna, massiva galaxer i ett slags kosmiskt rivningsderby.

"Vi har tagit jackpotten med gravitationella linser, säger ledande forskare James Lowenthal från Smith College i Northampton, Massachusetts. "Dessa ultraljusande, massiv, starburst -galaxer är mycket sällsynta. Gravitationslinser förstorar dem så att du kan se små detaljer som annars är ofattbara. Vi kan se funktioner så små som cirka 100 ljusår eller mindre. Vi vill förstå vad som driver dessa monster, och gravitationslinser gör att vi kan studera dem mer i detalj. "

Galaxerna brinner med förflyttade stjärnbildningar, pumpar ut mer än 10, 000 nya stjärnor om året. Denna ovanligt snabba stjärnfödelse inträffar på toppen av universums stjärnbildande boom för mer än 8 miljarder år sedan. Stjärnfödseln skapar mycket damm, som omsluter galaxerna, gör dem för svaga att upptäcka i synligt ljus. Men de lyser starkt i infrarött ljus, lyser med glansen av 10 biljoner till 100 biljoner solar.

Gravitationslinser uppstår när den intensiva tyngdkraften hos en massiv galax eller ett galaxkluster förstorar ljuset från svagare, mer avlägsna bakgrundskällor. Tidigare observationer av galaxerna, upptäckt i långt infrarött ljus av mark- och rymdbaserade observatorier, hade antytt gravitationslinser. Men Hubbles skarpa vision bekräftade forskarnas misstankar.

Lowenthal presenterar sina resultat klockan 15.15. (EDT), 6 juni kl. vid American Astronomical Society -mötet i Austin, Texas.

Enligt forskargruppen, bara några dussin av dessa ljusa infraröda galaxer finns i universum, utspridda över himlen. De bor i ovanligt täta områden i rymden som på något sätt utlöste snabb stjärnbildning i det tidiga universum.

Galaxerna kan ha ledtrådar till hur galaxer bildades för miljarder år sedan. "Det finns så många okända om stjärnbildning och galaxbildning, "Lowenthal förklarade." Vi måste förstå de extrema fallen, som dessa galaxer, liksom de genomsnittliga fallen, som vårt Vintergatan, för att få en fullständig berättelse om hur galax- och stjärnbildning sker. "

När jag studerade dessa konstiga galaxer, astronomer måste först avlägsna förgrundsobjektivens galaxer från bakgrundens ultralätta galaxer. Att se denna effekt är som att titta på föremål längst ner i en pool. Vattnet snedvrider din syn, precis som linsgalaxernas tyngdkraft sträcker formerna på de avlägsna galaxerna. "Vi måste förstå arten och omfattningen av dessa linseffekter för att korrekt tolka det vi ser i det avlägsna, tidigt universum, "Sa Lowenthal." Detta gäller inte bara dessa ljusaste infraröda galaxer, men förmodligen till de flesta eller kanske till och med alla avlägsna galaxer. "

Lowenthals team är halvvägs genom sin Hubble -undersökning av 22 galaxer. Ett internationellt team av astronomer upptäckte först galaxerna i långt infrarött ljus med hjälp av undersökningsdata från European Space Agency (ESA) Planck rymdobservatorium, och lite smart slöja. Teamet jämförde sedan dessa källor med galaxer som finns i ESA:s Herschel rymdobservatoriums katalog över långt infraröda föremål och med markbaserad radiodata som tagits av Very Large Array i New Mexico. Forskarna använde sedan Large Millimeter Telescope (LMT) i Mexiko för att mäta sina exakta avstånd från jorden. LMT:s långt infraröda bilder avslöjade också flera objekt, antyder att galaxerna gravitationsmässigt linser.

Dessa ljusa föremål existerade mellan 8 och 11,5 miljarder år sedan, när universum gjorde stjärnor mer kraftfullt än det är idag. Galaxernas stjärnafödelseproduktion är 5, 000 till 10, 000 gånger högre än vår Vintergatans. Dock, de ultraljusa galaxerna pumpar ut stjärnor med endast samma mängd gas som finns i Vintergatan.

Så, den tjatiga frågan är, vad är det som driver den fantastiska stjärnfödelsen? "Vi har vetat i två decennier att några av de mest lysande galaxerna i universum är mycket dammiga och massiva, och de genomgår utbrott av stjärnbildning, "Sade Lowenthal." Men de har varit väldigt svåra att studera eftersom dammet gör dem praktiskt taget omöjliga att observera i synligt ljus. De är också mycket sällsynta:de förekommer inte i någon av Hubbles djupfältundersökningar. De är i slumpmässiga delar av himlen som ingen har tittat på i detalj i detalj. Det är därför det är så viktigt att hitta att de är gravitationslinserade. "

Dessa galaxer kan vara ljusare, mer avlägsna kusiner till de ultraljusande infraröda galaxerna (ULIRGS), rejäl, damm-kokad, starburst galaxer, sett i det närliggande universum. ULIRGS:s star-making-utmatning stimuleras av sammanslagningen av två spiralgalaxer, vilket är en möjlighet för den fantastiska babyboomen i deras mer avlägsna släktingar. Dock, Lowenthal sa att datasimuleringar av galaxers födelse och tillväxt visar att stora sammanslagningar sker vid en senare epok än den där dessa galaxer ses.

En annan idé för den stjärnbildande ökningen är att mycket gas, materialet som gör stjärnor, flödar in i de avlägsna galaxerna. "Det tidiga universum var tätare, så kanske regnar gas över galaxerna, eller de matas av någon form av kanal eller kanal, som vi inte har kommit på ännu, "Sade Lowenthal." Detta är vad teoretiker kämpar med:Hur får du in all gas i en galax tillräckligt snabbt för att få det att hända? "

Forskargruppen planerar att använda Hubble och Gemini -observatoriet på Hawaii för att försöka skilja mellan för- och bakgrundsgalaxer så att de kan börja analysera detaljerna i de lysande monstergalaxerna.

Framtida teleskop, till exempel NASA:s James Webb rymdteleskop, ett infrarött observatorium planerat att starta 2018, kommer att mäta hastigheten på galaxernas stjärnor så att astronomer kan beräkna massan av dessa ultraljusobjekt.

"Himlen är täckt av alla slags galaxer, inklusive de som lyser i långt infrarött ljus, "Sa Lowenthal." Det vi ser här är toppen av isberget:den allra ljusaste av alla. "