Ett internationellt team av astronomer från Japan, Mexiko och University of Massachusetts Amherst som studerar en "monstergalax" 12,4 miljarder ljusår bort idag rapporterar att deras instrument har uppnått en 10 gånger högre vinkelupplösning än någonsin tidigare, avslöjar galaxens strukturella detaljer som tidigare var helt okända. De kunde också analysera dynamiska egenskaper som inte kunde undersökas tidigare. Detaljer visas i Natur .

Så kallade "monstergalaxer" eller extrema starburst-galaxer tros vara förfäder till massiva galaxer som Vintergatan i dagens universum, så dessa fynd om galaxen känd som COSMOS-AzTEC-1 banar vägen för att förstå deras bildning och evolution, säger forskarna.

Medförfattare Min Yun, professor i astronomi vid UMass Amherst och en medlem av teamet som upptäckte denna galax med ett UMass-byggt instrument vid namn AzTEC i Chile 2007, lägger till, "En verklig överraskning är att denna galax som sågs för nästan 13 miljarder år sedan har en massiv, beställd gasskiva som är i regelbunden rotation istället för vad vi hade förväntat oss, som skulle ha varit något slags oordnat tågvrak som de flesta teoretiska studier hade förutspått."

Som sagt, han lägger till, de observerade att den här gasskivan är dynamiskt instabil nu, vilket betyder att hela gasskivan som utgör denna galax fragmenteras och genomgår en gigantisk episod av starburst, vilket hjälper till att förklara dess enorma stjärnbildningshastighet, mer än 1, 000 gånger så mycket som Vintergatans galax.

Dessa senaste observationsfyndigheter av COSMOS-AzTEC-1 möjliggjordes av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), ett teleskop och en anläggning som drivs av ett internationellt partnerskap i Chile. Ken-ichi Tadaki är huvudförfattare till denna veckas uppsats och postdoktor vid Japan Society for the Promotion of Science och landets National Astronomical Observatory. Han säger, "En av de bästa delarna av ALMA-observationer är att se så långt borta galaxer med oöverträffad upplösning."

Astronomer har länge undrat varför monstergalaxer kan bilda stjärnor i en sådan häpnadsväckande takt. För att börja förstå, de behövde karakterisera miljön kring stjärnplantskolor. Att rita detaljerade kartor över molekylära moln är ett viktigt steg, de säger.

Tadaki och teamet fann att COSMOS-AzTEC-1 är rik på ingredienser av stjärnor, men det var fortfarande svårt att ta reda på vilken natur den kosmiska gasen i galaxen har. De använde ALMA:s höga upplösning och höga känslighet för att observera galaxen och erhålla en detaljerad karta över gasens distribution och rörelse för att göra den molekylära gaskartan med högsta upplösning över en avlägsen monstergalax som någonsin gjorts.

"Vi fann att det finns två distinkta stora moln flera tusen ljusår bort från centrum, " förklarar Tadaki. "I de flesta avlägsna starburst-galaxer, stjärnor bildas aktivt i mitten. Så det är överraskande att hitta off-center moln."

Yun tillägger, "Hur dessa galaxer har kunnat samla en så stor mängd gas i första hand och sedan i huvudsak förvandla hela gasreserven till stjärnor i ett ögonblick, kosmologiskt sett, var en helt okänd fråga som vi bara kunde spekulera i. Vi har de första svaren nu."

Han säger, "Tills detta resultat kom från ALMA, ingen visste hur naturen skapade massiva, unga galaxer bildades bara 1 miljard år efter Big Bang. Att hitta dem först med AzTEC-instrumentet för 10 år sedan var en verklig upptäckt, men det trotsade förklaringen."

Med de nya observationerna, teammedlemmar tror nu att monstergalaxen drivs av "en extremt gastung skiva som på något sätt hålls stabil tills tillräckligt med gas har samlats. Vi vet fortfarande inte ännu hur så mycket gas samlas in så snabbt och vad som höll denna enorma gas reserv från att antändas och förvandlas till stjärnor, som gas är känt för att göra i lokaluniversum, " tillägger Yun.

Astronomerna fann att gasmolnen i COSMOS-AzTEC-1 är mycket instabila, vilket är ovanligt. I en normal situation, de påpekar, den inåtriktade gravitationen och det utåtriktade trycket balanseras. När gravitationen väl övervinner trycket, gasmolnet kollapsar och bildar stjärnor i snabb takt. Sedan, stjärnor och supernovaexplosioner i slutet av stjärnans livscykel spränger ut gaser, vilket ökar trycket utåt. Som ett resultat, gravitationen och trycket når ett balanserat tillstånd och stjärnbildningen fortsätter i måttlig takt. På detta sätt är stjärnbildningen i galaxer självreglerande.

Men i COSMOS-AzTEC-1, trycket är mycket svagare än gravitationen och svårt att balansera. Därför visar denna galax skenande stjärnbildning och har förvandlats till en ostoppbar monstergalax. Tadaki, Yun och kollegor uppskattar att gasen i COSMOS-AzTEC-1 kommer att vara helt förbrukad om 100 miljoner år, vilket är 10 gånger snabbare än i andra stjärnbildande galaxer.

Varför gasen i COSMOS-AzTEC-1 är så instabil är inte klart ännu, men ett fenomen som kallas "galaxfusion" är en möjlig orsak. Galaxkollision kan effektivt ha transporterat gasen till ett litet område och antänt intensiv stjärnbildning. Tadaki säger, "I detta ögonblick, vi har inga bevis på sammanslagning i denna galax. Men genom att observera andra liknande galaxer med ALMA, vi vill avslöja sambandet mellan galaxsammanslagningar och monstergalaxer."