När astronomer tittar djupt in i natthimlen, de observerar hur universum såg ut för länge sedan. Eftersom ljusets hastighet är begränsad, Genom att studera de mest avlägsna observerbara galaxerna kan vi skymta miljarder år in i det förflutna när universum var mycket ungt och galaxer precis hade börjat bilda stjärnor. Att studera detta "tidiga universum" är en av de sista gränserna inom astronomi och är avgörande för att konstruera korrekta och konsekventa astrofysiska modeller. Ett viktigt mål för forskarna är att identifiera alla galaxer under de första miljarderna av kosmisk historia och att mäta hastigheten med vilken galaxer växte genom att bilda nya stjärnor.

Olika ansträngningar har gjorts under de senaste decennierna för att observera avlägsna galaxer, som kännetecknas av elektromagnetiska emissioner som blir kraftigt rödförskjutna (förskjuts mot längre våglängder) innan de når jorden. Än så länge, vår kunskap om tidiga galaxer har mestadels förlitat sig på observationer med Hubble Space Telescope (HST) och stora markbaserade teleskop, som undersöker deras ultravioletta (UV) emission. Dock, nyligen, astronomer har börjat använda den unika förmågan hos Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA)-teleskopet för att studera avlägsna galaxer vid submillimetervåglängder. Detta kan vara särskilt användbart för att studera dammiga galaxer som missades i HST-undersökningarna på grund av den dammabsorberande UV-emissionen. Eftersom ALMA observerar i submillimetervåglängder, den kan upptäcka dessa galaxer genom att observera stoftutsläppen istället.

I ett pågående stort program kallat REBELS (Reionization-Era Bright Emission Line Survey), astronomer använder ALMA för att observera utsläppen från 40 målgalaxer vid kosmisk gryning. Med hjälp av denna datauppsättning, de har nyligen upptäckt att områdena runt några av dessa galaxer innehåller mer än vad man kan se.

När man analyserade observerade data för två REBELS-galaxer, Dr. Yoshinobu Fudamoto från Research Institute for Science and Engineering vid Waseda University, Japan, och National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), märkte kraftiga utsläpp från damm och enskilt joniserat kol i positioner som är väsentligt förskjutna från de ursprungliga målen. Till hans förvåning, inte ens mycket känslig utrustning som HST kunde upptäcka någon UV-emission från dessa platser. För att förstå dessa mystiska signaler, Fudamoto och hans kollegor undersökte saken vidare.

I deras senaste tidning publicerad i Natur , de presenterade en grundlig analys, avslöjar att dessa oväntade utsläpp kom från två tidigare okända galaxer som ligger nära de två ursprungliga REBELS-målen. Dessa galaxer är inte synliga i UV eller synliga våglängder eftersom de är nästan helt skymd av kosmiskt damm. En av dem representerar den mest avlägset dammböljda galaxen som hittills upptäckts.

Det som är mest överraskande med detta otroliga fynd är att de nyupptäckta galaxerna, som bildades för mer än 13 miljarder år sedan, är inte alls konstiga jämfört med typiska galaxer vid samma epok. "Dessa nya galaxer missades inte för att de är extremt sällsynta, men bara för att de är helt dammade, " förklarar Fudamoto. Men, det är ovanligt att hitta sådana "dammiga" galaxer i universums tidiga period (mindre än 1 miljard år efter Big Bang), vilket tyder på att den nuvarande folkräkningen av tidig galaxbildning troligen är ofullständig, och skulle kräva djupare, blinda undersökningar. "Det är möjligt att vi har saknat upp till en av fem galaxer i det tidiga universum hittills, " tillägger Fudamoto.

Forskarna förväntar sig att James Webb Space Telescopes (JWST) oöverträffade kapacitet och dess starka synergi med ALMA skulle leda till betydande framsteg inom detta område under de kommande åren. "Att slutföra vår folkräkning av tidiga galaxer med de för närvarande saknade galaxerna som är skymd av damm, som de vi hittade den här gången, kommer att vara ett av huvudmålen för JWST- och ALMA-undersökningar inom en snar framtid, säger Pascal Oesch från universitetet i Genève.

Övergripande, denna studie utgör ett viktigt steg för att avslöja när de allra första galaxerna började bildas i det tidiga universum, vilket i sin tur ska hjälpa oss att förstå var vi står idag.