En Hubble-bild av galaxhopen Abell 1689, som fungerar som en lins för att fokusera ljuset från mycket mer avlägsna galaxer, inklusive några mycket dammiga stjärnbildande galaxer i det tidiga universum (setts som de nästan punktliknande blå fläckarna i denna bild). En submillimeterstudie av en annan massiv dammig galax i det tidiga universum använder kolmonoxidgas för att karakterisera det interstellära mediet och bestämma massan och stjärnbildningshastigheten. Kredit:NASA-Hubble
Sökningar efter de mest avlägsna galaxerna har nu undersökt tidigare än den första miljarden år i universums historia, tillräckligt tidigt för att börja se de primära effekterna av de första stjärnorna:återjoniseringen av neutrala atomer.
Astronomer vill förstå hur galaxer bildades och utvecklades under denna period, tidsskalan över vilken denna återjonisering ägde rum, arten av föremålen som gav de joniserande fotonerna, och scenarierna där galaxer och deras interstellära medium (ISM) blir berikade med atomer gjorda i stjärnugnar. Även om galaxer från denna era för närvarande upptäcks i djupa optiska och nära-infraröda undersökningar, de flesta av dem är lågmassgalaxer, mycket svag, och anrikningsprocessen är svår att studera. Mer lysande, massiva stjärnbildande galaxer tros vara närvarande och spela en viktig roll i återjonisering, men eftersom dessa stora föremål är svåra att sätta ihop så tidigt i kosmisk tid finns det inte många av dem.
Massiva stjärnbildande galaxer som innehåller damm sänder ut stark strålning vid submillimetervåglängder och dessa objekt kan hittas med hjälp av submillimeterteleskop. De erbjuder därför möjligheten att studera extrema fall av metall-/dammberikning av ISM tidigt i återjoniseringens era. CfA-astronomerna Matt Ashby och Chris Hayward var medlemmar i ett stort team som använde Sydpolsteleskopet för att upptäcka en uppsättning av dessa dammiga galaxer. De bestämde sina avstånd med hjälp av ALMA-teleskopen genom att titta på den rödförskjutna våglängden för kolmonoxidmolekylen i deras ISM. Den mest kända dammiga galaxen upptäcktes på detta sätt, och efterföljande observationer av den med andra anläggningar bekräftade dess kosmologiska avstånd. Forskarna begränsade objektets egenskaper genom att modellera de observerade kontinuum och spektrallinjer, och fann att föremålet har en massa i gas på cirka 330 miljarder solmassor; för jämförelse, Vintergatans beräknade gasmassa är cirka fem miljarder solmassor (det mesta av dess massa är i stjärnor). Den dammiga galaxen bildar nya stjärnor med en uppskattad hastighet av flera tusen per år – dock med antagandet att processen liknar den som ses i närliggande galaxer. Detta sällsynta och avlägsna objekt erbjuder en av de bästa sonderna hittills i aktiviteten i galaxer när universum var mycket ung.
