Ett internationellt team av forskare ledde från Center for Astrobiology (CAB, CSIC-INTA), med deltagande av Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), har använt Gran Telescopio Canarias (GTC) för att studera ett representativt urval av galaxer, både skiva och sfäroidal, i en djup himmelszon i den stora björnens stjärnbild för att karakterisera egenskaperna hos stjärnpopulationerna av galaktiska utbuktningar. Forskarna har kunnat fastställa formen av och utvecklingen av dessa galaktiska strukturer. Resultaten av denna studie publicerades nyligen i The Astrophysical Journal .

Forskarna fokuserade sin studie på massiva skivor och sfäroidala galaxer, med hjälp av bilddata från rymdteleskopet Hubble och spektroskopiska data från projektet SHARDS (Survey for High-z Absorption Red and Dead Sources), ett program med observationer över hela GOODS-N (Great Observatories Origins Deep Survey—North)-regionen genom 25 olika filter tagna med OSIRIS-instrumentet på Gran Telescopio Canarias (GTC), det största optiska och infraröda teleskopet i världen, vid Roque de los Muchachos-observatoriet (Garafía, La Palma, Kanarieöarna).

Analys av data gjorde det möjligt för forskarna att upptäcka något oväntat:skivgalaxernas utbuktningar bildades i två vågor. En tredjedel av utbuktningarna i skivgalaxer bildades vid rödförskjutning 6,2, som motsvarar en tidig epok i universum, när den bara var 5% av sin nuvarande ålder, runt 900 miljoner år gammal. "Dessa utbuktningar är relikerna av de första strukturerna som bildades i universum, som vi har hittat gömda i lokala skivgalaxer", förklarar Luca Costantin, en forskare vid CAB inom ett program för attrahera talanger i gemenskapen av Madrid, och den första författaren på tidningen.

Men i motsats, nästan två tredjedelar av de observerade utbuktningarna visar ett medelvärde av rödförskjutning på cirka 1,3, vilket betyder att de bildades mycket nyligen, motsvarande en ålder av fyra tusen miljoner år, eller nästan 35 % av universums ålder.

En speciell egenskap som tillåter åtskillnaden mellan de två vågorna är att den första vågens centrala utbuktningar, de äldre utbuktningarna, är mer kompakta och täta än de som bildas i den andra, nyare vågen. Dessutom, data från de sfäroidala galaxerna i provet visar ett genomsnittligt rödförskjutningsvärde på 1,1, vilket antyder att de bildades i samma allmänna tid som den andra vågens utbuktningar.

För Jairo Méndez Abreu, en forskare vid University of Granada (UGR) och en medförfattare till artikeln, som tidigare var en Severo Ochoa-postdoktor vid IAC, "Idén bakom tekniken som används för att observera stjärnorna i den centrala utbuktningen är ganska enkel, men det har inte varit möjligt att tillämpa det förrän den senaste utvecklingen av metoder som har gjort det möjligt för oss att skilja ljuset från stjärnorna i den centrala utbuktningen från de i skivan, för att vara specifik GASP2D- och C2D-algoritmerna, som vi har utvecklat nyligen och som har gjort det möjligt för oss att uppnå oöverträffad noggrannhet".

Ett annat viktigt resultat av studien är att de två vågorna av utbuktning inte bara skiljer sig åt när det gäller åldrarna på deras stjärnor, men också när det gäller deras stjärnbildningshastigheter. Data indikerar att stjärnorna i den första vågens utbuktningar bildades snabbt, på tidsskalor på typiskt 200 miljoner år. Tvärtom, en betydande del av stjärnorna i den andra vågens utbuktningar krävde formningstider fem gånger längre, några tusen miljoner år.

"Vi har funnit att universum har två sätt att bilda de centrala zonerna i galaxer som vår egen:börja tidigt och prestera mycket snabbt, eller tar tid att starta, men till slut bildar ett stort antal stjärnor i vad vi känner som bulan", kommenterar Pablo G. Pérez González, en forskare vid CAB, och huvudutredare för SHARDS-projektet, som gav viktiga data för denna studie. Med Antonio Cabreras ord, chefen för vetenskapsverksamheten vid GTC, "SHARDS är ett perfekt exempel på vad som är möjligt tack vare kombinationen av den enorma insamlingskapaciteten hos GTC och de extraordinära förhållandena vid Roque de los Muchachos-observatoriet, att producera 180 timmars data med så utmärkt bildkvalitet, avgörande för upptäckten av de föremål som analyseras här".

Som beskrivits av Paola Dimauro, en forskare vid National Observatory of Brazil och en medförfattare till denna artikel, "denna studie har gjort det möjligt för oss att utforska den morfologiska evolutionen och historien om sammansättningen av de strukturella komponenterna i galaxerna, analogt med arkeologiska studier, analysera informationen kodad i miljontals stjärnor i varje galax. Det intressanta var att finna att inte alla strukturer bildades samtidigt, eller på samma sätt".

Resultaten av denna studie har gjort det möjligt för observatörerna att etablera en märklig parallell mellan bildandet och utvecklingen av skivgalaxstudierna och skapandet och utvecklingen av en stor stad under århundradena. Precis som vi finner att vissa stora städer har historiska centra, som är äldre och inrymmer de äldsta byggnaderna på röriga smala gator, resultaten av detta arbete tyder på att några av centra i massiva skivgalaxer hyser några av de äldsta sfäroiderna som bildas i universum, som har fortsatt att skaffa material, bildar skivor långsammare, den nya staden ligger utanför i vår analogi.