Analyserar data som erhållits med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), forskare hittade en galax med en spiralmorfologi bara 1,4 miljarder år efter Big Bang. Detta är den äldsta galaxen i sitt slag som någonsin observerats. Upptäckten av en galax med en spiralstruktur i ett så tidigt skede är en viktig ledtråd för att lösa de klassiska frågorna inom astronomi:"Hur och när bildades spiralgalaxer?"

"Jag var upphetsad eftersom jag aldrig hade sett så tydliga bevis på en roterande skiva, spiralstruktur, och centraliserad massstruktur i en avlägsen galax i någon tidigare litteratur, " säger Takafumi Tsukui, en doktorand vid SOKENDAI och huvudförfattaren till forskningsartikeln som publicerades i tidskriften Vetenskap . "Kvaliteten på ALMA-data var så bra att jag kunde se så mycket detaljer att jag trodde att det var en närliggande galax."

Vintergatans galax, där vi bor, är en spiralgalax. Spiralgalaxer är grundläggande objekt i universum, står för så mycket som 70 % av det totala antalet galaxer. Dock, andra studier har visat att andelen spiralgalaxer minskar snabbt när vi ser tillbaka genom universums historia. Så, när bildades spiralgalaxerna?

Tsukui och hans handledare Satoru Iguchi, en professor vid SOKENDAI och National Astronomical Observatory of Japan, märkte en galax som heter BRI 1335-0417 i ALMA Science Archive. Galaxen fanns för 12,4 miljarder år sedan och innehöll en stor mängd damm, som skymmer stjärnljuset. Detta gör det svårt att studera denna galax i detalj med synligt ljus. Å andra sidan, ALMA kan upptäcka radioemissioner från koljoner i galaxen, som gör det möjligt för oss att undersöka vad som pågår i galaxen.

Forskarna hittade en spiralstruktur som sträcker sig 15, 000 ljusår från galaxens centrum. Detta är en tredjedel av storleken på Vintergatans galax. Den uppskattade totala massan av stjärnorna och interstellär materia i BRI 1335-0417 är ungefär lika med Vintergatans.

"Eftersom BRI 1335-0417 är ett mycket avlägset objekt, vi kanske inte kan se galaxens verkliga kant i denna observation, " kommenterar Tsukui. "För en galax som fanns i det tidiga universum, BRI 1335-0417 var en jätte."

Då blir frågan, hur bildades denna distinkta spiralstruktur bara 1,4 miljarder år efter Big Bang? Forskarna övervägde flera möjliga orsaker och föreslog att det kunde bero på en interaktion med en liten galax. BRI 1335-0417 bildar aktivt stjärnor och forskarna fann att gasen i den yttre delen av galaxen är gravitationsmässigt instabil, vilket bidrar till stjärnbildning. Denna situation uppstår sannolikt när en stor mängd gas tillförs utifrån, möjligen på grund av kollisioner med mindre galaxer.

Ödet för BRI 1335-0417 är också höljt i mystik. Galaxer som innehåller stora mängder damm och som aktivt producerar stjärnor i det antika universum tros vara förfäder till de jättelika elliptiska galaxerna i det nuvarande universum. Isåfall, BRI 1335-0417 ändrar sin form från en skivgalax till en elliptisk galax i framtiden. Eller, i motsats till den konventionella uppfattningen, galaxen kan förbli en spiralgalax under lång tid. BRI 1335-0417 kommer att spela en viktig roll i studiet av galaxens formutveckling under universums långa historia.

"Vårt solsystem ligger i en av Vintergatans spiralarmar, " förklarar Iguchi. "Att spåra spiralstrukturens rötter kommer att ge oss ledtrådar till miljön där solsystemet föddes. Jag hoppas att denna forskning kommer att ytterligare främja vår förståelse av galaxernas bildningshistoria."

Dessa forskningsresultat presenteras i T. Tsukui &S. Iguchi "Spiral morphology in an intensely star-forming disk galaxy more than 12 billion years ago" publicerad online av tidskriften Vetenskap på torsdag, 20 maj, 2021.