Astronomer som använder ALMA, där ESO är en partner, har avslöjat en extremt avlägsen galax som ser överraskande ut som vår Vintergatan. Galaxen, SPT0418-47, är gravitationslinsad av en närliggande galax, dyker upp på himlen som en nästan perfekt ring av ljus. Kredit:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rizzo et al.
Astronomer som använder Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), där European Southern Observatory (ESO) är en partner, har avslöjat en extremt avlägsen och därför mycket ung galax som ser överraskande ut som vår Vintergatan. Galaxen är så långt borta att dess ljus har tagit mer än 12 miljarder år att nå oss:vi ser det som det var när universum bara var 1,4 miljarder år gammalt. Det är också förvånansvärt okaotiskt, motsägelsefulla teorier om att alla galaxer i det tidiga universum var turbulenta och instabila. Denna oväntade upptäckt utmanar vår förståelse av hur galaxer bildas, ge nya insikter i vårt universums förflutna.
"Detta resultat representerar ett genombrott inom området galaxbildning, som visar att strukturerna som vi observerar i närliggande spiralgalaxer och i vår Vintergatan redan fanns på plats för 12 miljarder år sedan, säger Francesca Rizzo, Ph.D. student från Max Planck Institute for Astrophysics i Tyskland, som ledde forskningen som publicerades idag i Natur . Medan galaxen astronomerna studerade, heter SPT0418-47, verkar inte ha spiralarmar, den har minst två egenskaper som är typiska för vår Vintergatan:en roterande skiva och en utbuktning, den stora gruppen stjärnor packade tätt runt det galaktiska centrumet. Detta är första gången en utbuktning har setts så tidigt i universums historia, vilket gör SPT0418-47 till Vintergatans mest avlägsna look-alike.
"Den stora överraskningen var att finna att denna galax faktiskt är ganska lik närliggande galaxer, tvärtemot alla förväntningar från modellerna och tidigare, mindre detaljerad, observationer, " säger medförfattaren Filippo Fraternali, från Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen i Nederländerna. I det tidiga universum, unga galaxer var fortfarande i färd med att bildas, så forskare förväntade sig att de skulle vara kaotiska och sakna de distinkta strukturer som är typiska för mer mogna galaxer som Vintergatan.
Astronomer som använder ALMA, där ESO är en partner, har avslöjat en extremt avlägsen galax som ser överraskande ut som vår Vintergatan. Galaxen, SPT0418-47, är gravitationslinsad av en närliggande galax, visas på himlen som en nästan perfekt ring av ljus (vänster). Forskargruppen rekonstruerade den avlägsna galaxens verkliga form och rörelsen av dess gas (höger) från ALMA-data med hjälp av en ny datormodelleringsteknik. Observationerna indikerar att SPT0418-47 är en skivgalax med en central utbuktning och materialet i den roterar runt mitten. Gas som rör sig bort från oss visas i rött, medan gas som rör sig i betraktarens riktning visas i blått. Kredit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rizzo et al.
Att studera avlägsna galaxer som SPT0418-47 är grundläggande för vår förståelse av hur galaxer bildades och utvecklades. Den här galaxen är så långt borta att vi ser den när universum bara var 10 % av sin nuvarande ålder eftersom det tog 12 miljarder år för dess ljus att nå jorden. Genom att studera det, vi går tillbaka till en tid då dessa babygalaxer precis började utvecklas.
Eftersom dessa galaxer är så långt borta, detaljerade observationer med även de mest kraftfulla teleskopen är nästan omöjliga eftersom galaxerna verkar små och svaga. Teamet övervann detta hinder genom att använda en närliggande galax som ett kraftfullt förstoringsglas – en effekt som kallas gravitationslinsning – vilket gör att ALMA kan se in i det avlägsna förflutna med oöverträffade detaljer. I denna effekt, gravitationskraften från den närliggande galaxen förvränger och böjer ljuset från den avlägsna galaxen, vilket gör att den ser missformad och förstorad ut.
Den gravitationslinsade, avlägsen galax visas som en nästan perfekt ring av ljus runt den närliggande galaxen, tack vare deras nästan exakta inriktning. Forskargruppen rekonstruerade den avlägsna galaxens verkliga form och gasens rörelse från ALMA-data med hjälp av en ny datormodelleringsteknik. "När jag först såg den rekonstruerade bilden av SPT0418-47 kunde jag inte tro det:en skattkista öppnades, säger Rizzo.
"Det vi hittade var ganska förbryllande, trots att vi bildade stjärnor i hög takt, och därför är platsen för mycket energiska processer, SPT0418-47 är den mest välordnade galaxskivan som någonsin observerats i det tidiga universum, " sa medförfattaren Simona Vegetti, också från Max Planck Institute for Astrophysics. "Det här resultatet är ganska oväntat och har viktiga konsekvenser för hur vi tror att galaxer utvecklas." Astronomerna noterar, dock, att även om SPT0418-47 har en skiva och andra egenskaper som liknar de hos spiralgalaxer vi ser idag, de förväntar sig att den kommer att utvecklas till en galax som skiljer sig mycket från Vintergatan, och gå med i klassen av elliptiska galaxer, en annan typ av galaxer som, vid sidan av spiralerna, bebor universum idag.
Denna oväntade upptäckt tyder på att det tidiga universum kanske inte är så kaotiskt som man en gång trodde och väcker många frågor om hur en välordnad galax kunde ha bildats så snart efter Big Bang. Detta ALMA fynd följer den tidigare upptäckten som tillkännagavs i maj av en massiv roterande skiva som setts på liknande avstånd. SPT0418-47 ses i finare detalj, tack vare linseffekten, och har en utbuktning förutom en skiva, vilket gör den ännu mer lik vår nuvarande Vintergatan än den som studerades tidigare.
Framtida studier, inklusive med ESO:s Extremely Large Telescope, kommer att försöka avslöja hur typiska dessa "baby" skivgalaxer verkligen är och om de vanligtvis är mindre kaotiska än förutspått, öppnar nya vägar för astronomer att upptäcka hur galaxer utvecklades.
