Ett relikmoln av gas, föräldralös efter Big Bang, har upptäckts i det avlägsna universum av astronomer med hjälp av världens mest kraftfulla optiska teleskop, W. M. Keck-observatoriet på Maunakea, Hawaii.

Upptäckten av ett så sällsynt fossil, ledd av doktoranden Fred Robert och professor Michael Murphy vid Swinburne University of Technology, ger ny information om hur de första galaxerna i universum bildades.

"Överallt vi tittar, gasen i universum är förorenad av tunga avfallsämnen från exploderande stjärnor, " säger Robert. "Men just detta moln verkar orörd, oförorenad av stjärnor till och med 1,5 miljarder år efter Big Bang."

"Om den har några tunga element alls, det måste vara mindre än 1/10, 000:e av andelen vi ser i vår sol. Detta är extremt lågt; den mest övertygande förklaringen är att det är en sann relik från Big Bang."

Resultaten kommer att publiceras i tidskriften Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society . Ett förtryck av tidningen, "Undersöka ursprunget till en ny, uppenbarligen metallfritt gasmoln vid z =4,4, " finns tillgängligt online på arxiv.org/abs/1812.05098.

Robert och hans team använde två av Keck Observatorys instrument – ​​Echellette Spectrograph and Imager (ESI) och High-Resolution Echelle Spectrometer (HIRES) – för att observera spektrumet av en kvasar bakom gasmolnet.

kvasaren, som avger ett starkt sken av material som faller in i ett supermassivt svart hål, ger en ljuskälla mot vilken de spektrala skuggorna av vätet i gasmolnet kan ses.

"Vi riktade in oss på kvasarer där tidigare forskare bara hade sett skuggor från väte och inte från tunga grundämnen i spektra av lägre kvalitet, ", säger Robert. "Detta gjorde det möjligt för oss att snabbt upptäcka ett så sällsynt fossil med den dyrbara tiden på Keck Observatorys tvillingteleskop."

De enda två andra fossila molnen som är kända upptäcktes 2011 av professor Michele Fumagalli vid Durham University, John O'Meara, tidigare professor vid St. Michael's College och nu ny chefsforskare vid Keck Observatory, och professor J. Xavier Prochaska vid University of California, Santa Cruz; både Fumagalli och O'Meara är medförfattare till denna nya forskning om det tredje fossila molnet.

"De två första var otroliga upptäckter, och vi trodde att de var toppen av isberget. Men ingen har upptäckt något liknande – de är helt klart mycket sällsynta och svåra att se. Det är fantastiskt att äntligen upptäcka en systematiskt, säger O'Meara.

"Det är nu möjligt att undersöka dessa fossila reliker från Big Bang, " säger Murphy. "Det kommer att berätta exakt hur sällsynta de är och hjälpa oss att förstå hur en del gas bildade stjärnor och galaxer i det tidiga universum, och varför vissa inte gjorde det."