Ett team av astronomer har upptäckt ett nytt sätt att låsa upp mysterierna kring hur de första galaxerna bildades och utvecklades.

I en studie publicerad idag i Astrophysical Journal Letters , huvudförfattaren Dawn Erb från University of Wisconsin-Milwaukee och hennes team – för allra första gången – använde nya möjligheter vid W. M. Keck Observatory på Maunakea, Hawaii för att undersöka Q2343-BX418, en liten, ung galax som ligger cirka 10 miljarder ljusår från jorden.

Denna avlägsna galax är en analog för yngre galaxer som är för svaga för att studera i detalj, vilket gör den till en idealisk kandidat för att lära sig mer om hur galaxer såg ut kort efter universums födelse.

BX418 drar också till sig astronomers uppmärksamhet eftersom dess gashalo avger en speciell typ av ljus.

"Under de senaste åren, vi har lärt oss att de gasformiga glororna som omger galaxer lyser med en speciell ultraviolett våglängd som kallas Lyman alfa-emission. Det finns många olika teorier om vad som producerar denna Lyman-alfa-emission i galaxernas glorier, men åtminstone en del av det beror förmodligen på att ljus som ursprungligen producerades av stjärnbildning i galaxen absorberas och återutsänds av gas i halon, sa Erb.

Erbs team, som inkluderar Charles Steidel och Yuguang Chen från Caltech, använde ett av observatoriets nyaste instrument, Keck Cosmic Web Imager (KCWI), att utföra en detaljerad spektralanalys av BX418:s gashalo; dess egenskaper kan ge ledtrådar om stjärnorna som bildas i galaxen.

"Det mesta av den vanliga materien i universum är inte i form av en stjärna eller en planet, men gas. Och det mesta av den gasen finns inte i galaxer, men runt och mellan dem, sa Erb.

Halon är där gas kommer in och ut ur systemet. Gasen som omger galaxer kan driva dem; gas inifrån en galax kan också fly in i halo. Detta in- och utflöde av gas påverkar stjärnornas öde.

"Inflödet av ny gas som ansamlas i en galax ger bränsle för ny stjärnbildning, medan utflöden av gas begränsar en galaxs förmåga att bilda stjärnor genom att ta bort gas, säger Erb.

"Så, Att förstå de komplexa interaktionerna som sker i denna gasformiga halo är nyckeln till att ta reda på hur galaxer bildar stjärnor och utvecklas."

Denna studie är en del av en stor pågående undersökning som Steidel har lett i många år. Tidigare, Steidels team studerade BX418 med andra instrument vid Keck Observatory.

Denna senaste studie som använder KCWI lägger till detaljer och klarhet till bilden av galaxen och dess gashalo, vilket inte var möjligt tidigare; instrumentet är speciellt konstruerat för att studera trasiga strömmar av svag gas som förbinder galaxer, känd som den kosmiska webben.

"Vår studie möjliggjordes verkligen av designen och känsligheten hos detta nya instrument. Det är inte bara en vanlig spektrograf - det är en integrerad fältspektrograf, vilket betyder att det är en sorts kombinationskamera och spektrograf, där du får ett spektrum av varje pixel i bilden, sa Erb.

Kraften hos KCWI, kombinerat med Keck-teleskopens placering på Maunakea där visningsförhållandena är bland de mest orörda på jorden, ger några av de mest detaljerade glimtarna av kosmos.

Erbs team använde KCWI för att ta spektra av Lyman alfa-emissionen från BX418:s halo. Detta gjorde det möjligt för dem att spåra gasen, plotta dess hastighet och rumsliga utsträckning, skapa sedan en 3D-karta som visar gasens struktur och dess beteende.

Teamets data tyder på att galaxen är omgiven av ett ungefär sfäriskt utflöde av gas och att det finns betydande variationer i densiteten och hastighetsområdet för denna gas.

Erb säger att denna analys är den första i sitt slag. Eftersom det bara har testats på en galax, andra galaxer måste studeras för att se om dessa resultat är typiska.

Nu när teamet har upptäckt ett nytt sätt att lära sig om egenskaperna hos den gasformiga halon, förhoppningen är att ytterligare analys av data de samlade in och datorsimuleringar som modellerar processerna kommer att ge ytterligare insikter om egenskaperna hos de första galaxerna i vårt universum.

"När vi arbetar för att slutföra mer detaljerad modellering, vi kommer att kunna testa hur egenskaperna hos Lyman alfa-emission i gashalon är relaterade till egenskaperna hos själva galaxerna, som sedan kommer att berätta något om hur stjärnbildningen i galaxen påverkar gasen i halon, " sa Erb.