Ett team av astronomer under ledning av University of California Observatories (UCO) har studerat i detalj en galax som är så svag och i så orörd skick att den har fungerat som en tidskapsel, förseglade kort efter gryningen av vårt universum bara för att öppnas av den senaste tekniken vid W. M. Keck Observatory.

Med hjälp av Keck Cosmic Web Imager (KCWI), teamet upptäckte en bisarr, ensam ultradiffus galax (UDG).

Denna genomskinliga, spökliknande galax, heter DGSAT I, motsäger den nuvarande teorin om bildandet av UDG. Alla tidigare studerade UDG har varit i galaxhopar, som gav grunden för teorin att de en gång var "normala" galaxer, men har med tiden sprängts in i en fluffig röra på grund av våldsamma händelser inom klustret.

"Det verkade finnas en relativt snygg bild av galaxernas ursprung, från spiraler till elliptiska, och från jättar till dvärgar, " sa huvudförfattaren Ignacio Martín-Navarro, en postdoktor vid UCO. "Dock, den senaste upptäckten av UDG väckte nya frågor om hur komplett denna bild är. Alla UDG som hittills har studerats i detalj fanns inom galaxhopar:täta områden av våldsam interaktion där galaxernas egenskaper vid födseln har förvrängts av en svår tonårstid."

Teamets resultat kommer att publiceras den 11 april, 2019 års nummer av Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society och är nu tillgänglig online.

Eftersom DGSAT I är ett sällsynt undantag från en UDG som hittas borta från ett kluster, det kan ge ett tydligare fönster in i det förflutna. Det har inte funnits mycket aktivitet runt den som kan försämra dess sammansättning och utveckling. För att ta reda på vad som orsakade denna galax att vara så gles i stjärnljus, laget använde KCWI för att kartlägga sammansättningen av galaxen.

"Den kemiska sammansättningen av en galax ger ett register över de omgivande förhållandena när den bildades, som hur spårämnen i människokroppen kan avslöja en livstid av matvanor och exponering för föroreningar, " sa medförfattaren Aaron Romanowsky, en UCO-astronom och docent vid avdelningen för fysik och astronomi vid San José State University.

DGSAT Jag överraskade forskare med dess kemiska sammansättning. Dagens galaxer har vanligtvis fler tunga element i sig, som järn och magnesium, jämfört med gamla galaxer födda strax efter Big Bang. Men KCWI avslöjade att DGSAT I verkar vara anemisk; galaxens järninnehåll är anmärkningsvärt lågt, som om det bildades från ett nästan orördt gasmoln som var oförorenat av tidigare stjärnors supernovadöd. Och ändå är DGSAT I:s magnesiumnivåer normala, överensstämmer med vad astronomer förväntar sig att hitta i moderna galaxer. Detta är konstigt eftersom båda dessa element frigörs i supernovahändelser; du hittar vanligtvis inte den ena utan den andra.

"Vi förstår inte denna kombination av föroreningar, men en av våra idéer är att extrema explosioner av supernovor fick galaxen att pulsera i storlek under sin tonårstid, på ett sätt som håller kvar magnesium framför järn, sa Romanowsky.

UDG är en relativt ny klass av galaxer som först upptäcktes 2015. De är lika stora som Vintergatan men har mellan 100 till 1000 gånger färre stjärnor än vår egen galax, gör dem knappt synliga och svåra att studera.

KCWI är designad för att övervinna det hindret med sin extrema känslighet och förmåga att fånga högupplösta spektra av de svagaste och längsta bort objekten i vårt universum som UDG.

"Det finns bara ett annat instrument i världen med KCWIs kapacitet som låter oss mäta den kemiska sammansättningen av galaxer med låg ytljusstyrka, " sa medförfattaren Jean Brodie, Professor i astronomi och astrofysik vid UCO. "Men den där är på södra halvklotet där vi inte har en bra bild av DGSAT I, som ligger i norr."

KCWI utför en typ av observation som kallas integralfältspektroskopi, som fångar data i 3D istället för 2D. Traditionellt, det fanns två sätt för astronomer att studera himlaobjekt, antingen genom avbildning eller genom spektroskopi. Detta instrument bryter barriären mellan de två. I en enda observation, KCWI fångar både bilden, samt spektrumet för varje pixel i bilden, som avslöjar objektets fysiska egenskaper såsom sammansättning, temperatur, hastighet, och mer.

"Det är den här typen av observationer som vi byggde KCWI för; att fortsätta tänja på gränsen för att få ut mesta möjliga information från de svagaste föremålen, sa John O'Meara, chefsforskare vid Keck Observatory. "Vi är väldigt glada över att se hur många fler objekt som DGSAT I vi kan studera med Keck och fortsätta att förändra vår förståelse för hur galaxer bildas och förändras med tiden."

Forskarna planerar att använda KCWI igen, denna gång för att göra en djupare observation av en annan UDG liknande DGSAT I; de planerar att reta ut dess sammansättning mer i detalj i hopp om att reda ut mer data som kan hjälpa astronomer att ta reda på ursprunget till UDG.

"Olika idéer har presenterats, från det vardagliga till det exotiska. En spännande möjlighet är att några av dessa spöklika galaxer är levande fossil från universums gryning när stjärnor och galaxer uppstod i en mycket annan miljö än idag, " sa Romanowsky. "Deras födelse är verkligen ett fascinerande mysterium som vårt team jobbar på att lösa."