Astronomer som använder Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) har upptäckt ljuset från en massiv galax som sågs bara 970 miljoner år efter Big Bang. Denna galax, kallas MAMBO-9, är den mest avlägsna dammiga stjärnbildande galaxen som någonsin observerats utan hjälp av en gravitationslins.

Dammiga stjärnbildande galaxer är de mest intensiva stjärnplantorna i universum. De bildar stjärnor i en takt som är upp till några tusen gånger solens massa per år (stjärnbildningshastigheten på vår Vintergatan är bara tre solmassor per år) och de innehåller enorma mängder gas och damm. Sådana monstergalaxer förväntas inte ha bildats tidigt i universums historia, men astronomer har redan upptäckt flera av dem som sågs när kosmos var mindre än en miljard år gammalt. En av dem är galaxen SPT0311-58, som ALMA observerade 2018.

På grund av deras extrema beteende, astronomer tror att dessa dammiga galaxer spelar en viktig roll i universums utveckling. Men att hitta dem är lättare sagt än gjort. "Dessa galaxer tenderar att gömma sig i sikte, " sa Caitlin Casey från University of Texas i Austin och huvudförfattare till en studie publicerad i Astrofysisk tidskrift . "Vi vet att de finns där ute, men de är inte lätta att hitta eftersom deras stjärnljus är dolt i moln av damm."

MAMBO-9:s ljus upptäcktes redan för tio år sedan av medförfattaren Manuel Aravena, med hjälp av Max-Planck Millimeter BOlometer (MAMBO)-instrumentet på IRAM 30-metersteleskopet i Spanien och Plateau de Bure Interferometer i Frankrike. Men dessa observationer var inte tillräckligt känsliga för att avslöja avståndet till galaxen. "Vi tvivlade på om det var sant, eftersom vi inte kunde hitta den med andra teleskop. Men om det var sant, det måste vara väldigt långt borta, säger Aravena, som vid den tiden var Ph.D. student i Tyskland och arbetar för närvarande för Universidad Diego Portales i Chile.

Tack vare ALMAs känslighet, Casey och hennes team har nu kunnat bestämma avståndet till MAMBO-9. "Vi hittade galaxen i en ny ALMA-undersökning speciellt utformad för att identifiera dammiga stjärnbildande galaxer i det tidiga universum, " sa Casey. "Och vad är speciellt med denna observation, är att detta är den mest avlägsna dammiga galaxen vi någonsin har sett på ett obehindrat sätt."

Ljuset från avlägsna galaxer hindras ofta av andra galaxer närmare oss. Dessa galaxer framför fungerar som en gravitationslins:de böjer ljuset från den mer avlägsna galaxen. Denna linseffekt gör det lättare för teleskop att upptäcka avlägsna objekt (så här kunde ALMA se galaxen SPT0311-58). Men det förvränger också bilden av föremålet, gör det svårare att urskilja detaljerna.

I den här studien, astronomerna såg MAMBO-9 direkt, utan lins, och detta gjorde det möjligt för dem att mäta dess massa. "Den totala massan av gas och stoft i galaxen är enorm:tio gånger mer än alla stjärnor i Vintergatan. Det betyder att den ännu inte har byggt de flesta av sina stjärnor, " förklarade Casey. Galaxen består av två delar, och det håller på att slås samman.

Casey hoppas hitta mer avlägsna dammiga galaxer i ALMA-undersökningen, som kommer att ge insikt i hur vanliga de är, hur dessa massiva galaxer bildades så tidigt i universum, och varför de är så dammiga. "Damm är normalt en biprodukt av döende stjärnor, " sa hon. "Vi förväntar oss hundra gånger fler stjärnor än damm. Men MAMBO-9 har inte producerat så många stjärnor än och vi vill ta reda på hur damm kan bildas så snabbt efter Big Bang."

"Observationer med ny och mer kapabel teknologi kan ge oväntade fynd som MAMBO-9, sa Joe Pesce, National Science Foundation Program Officer för NRAO och ALMA. "Medan det är utmanande att förklara en så massiv galax så tidigt i universums historia, upptäckter som denna tillåter astronomer att utveckla en förbättrad förståelse för, och ställa allt fler frågor om, universum."

Ljuset från MAMBO-9 färdades omkring 13 miljarder år för att nå ALMAs antenner (universum är ungefär 13,8 miljarder år gammalt idag). Det betyder att vi kan se hur galaxen såg ut tidigare (Titta på den här videon för att lära dig hur ALMA fungerar som en tidsmaskin). I dag, galaxen skulle förmodligen vara ännu större, innehåller hundra gånger fler stjärnor än Vintergatan, som bor i en massiv galaxhop.