Ett internationellt team av astronomer, med forskare vid Leiden Observatory som spelar en ledande roll, har kartlagt bränslet för galaxbildning i det ikoniska Hubble Ultra Deep Field. Resultaten av forskningen har godkänts för publicering i The Astrophysical Journal .

Forskningen visar hur galaxer har bildats och hur de växer. Den visar också varför perioden mellan 10 och 13 miljarder år sedan representerade guldåldern för bildandet av galaxer.

Astronomerna arbetade tillsammans som en del av ASPECS-programmet. ASPECS är ett av de första stora internationella projekten som genomförs med ALMA-teleskopet. Fyra forskare från Leiden spelade en viktig roll i projektet. Forskarna kombinerade 200 timmars observationer från ALMA-teleskopet i Chile med spektroskopi från MUSE-instrumentet på Very Large Telescope of the European Southern Observatory, ESO (även i Chile).

Tidigare studier har visat att bildandet av stjärnor och galaxer nådde en topp för cirka 10 miljarder år sedan. Men orsaken till och storleken på den födelsevågen har förblivit ett mysterium tills nu. Detta berodde på att teleskopen som användes inte kunde se genom dammet och direkt upptäcka bränslet för stjärnbildning. Men ALMA-teleskopet kan göra just det.

Råvara för stjärnor

Astronomerna letade efter kolmonoxidutsläppslinjen i Hubble Ultra Deep Field. Från detta, de kunde härleda mängden molekylärt väte, råvaran för stjärnbildning. För att göra sina slutsatser så korrekta som möjligt, de behövde veta antalet tunga grundämnen i gasen, densiteten och temperaturen, och styrkan hos strålningsfältet som lyser på kolmonoxiden. Den Leiden Ph.D. kandidat Leindert Boogaard utförde denna uppgift med MUSE-instrumentet.

Boogaard säger, "Genom att kombinera observationer av den kalla gasen med de av varm gas och stjärnljus, vi får en unik bild av de avlägsna galaxerna. Genom att kombinera dessa många pusselbitar, vi kan förstå hela processen för galaxtillväxt och -bildning."

Galaxerna i Hubble Ultra Deep Field med mest bränsle upptäcktes mestadels vara normala galaxer, med genomsnittliga stjärnmassor och stjärnbildningshastigheter. Andra galaxer är så kallade starburst-galaxer, med ovanligt hög stjärnbildande aktivitet, eller vilande galaxer, med ovanligt låg aktivitet.

gyllene ålder

Forskningen visar att mängden molekylärt väte i universum steg stadigt tills för ungefär 10 miljarder år sedan, mot 13,8 miljarder år sedan som var tiden för Big Bang. Astronomen Rychard Bouwens säger, "Så det var stjärnbildningens guldålder, med mycket råmaterial som behövs för att bilda nya stjärnor och galaxer. Hälften av de stjärnor som fortfarande existerar idag föddes under den korta perioden av kosmisk historia."

I framtiden, astronomer vill titta på de enskilda galaxerna mer i detalj. En sådan detaljerad vy kommer att vara möjlig genom att använda ALMA-teleskopens högupplösta läge i kombination med observationer från det framtida rymdteleskopet James Webb.

Resultaten beskrivs i flera artiklar som har godkänts för publicering i Astrofysisk tidskrift .