Konceptuell bild av MACS1149-JD1 som formas och snurrar i fart i det tidiga universum. Kredit:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
I takt med att teleskopen har blivit mer avancerade och kraftfulla har astronomer kunnat upptäcka fler och mer avlägsna galaxer. Dessa är några av de tidigaste galaxerna som bildades i vårt universum som började dra sig undan från oss när universum expanderade. Faktum är att ju större avståndet är, desto snabbare verkar en galax röra sig bort från oss. Intressant nog kan vi uppskatta hur snabbt en galax rör sig, och i sin tur när den bildades baserat på hur "rödförskjuten" dess utsläpp ser ut. Detta liknar ett fenomen som kallas dopplereffekten, där föremål som rör sig bort från en observatör avger ljuset som verkar förskjutet mot längre våglängder (därav termen "rödförskjutning") till observatören.
Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA)-teleskopet, som ligger mitt i Atacamaöknen i Chile, är särskilt väl lämpat för att observera sådana rödförskjutningar i galaxemissioner. Nyligen har ett team av internationella forskare inklusive professor Akio Inoue och doktorand Tsuyoshi Tokuoka från Waseda University, Japan; Dr. Takuya Hashimoto vid University of Tsukuba, Japan; Professor Richard S. Ellis vid University College London; och Dr. Nicolas Laporte, en forskare vid University of Cambridge, Storbritannien, har observerat rödförskjutna utsläpp från en avlägsen galax, MACS1149-JD1 (hädanefter JD1), vilket har lett dem till några intressanta slutsatser. "Förutom att hitta hög rödförskjutning, nämligen mycket avlägsna galaxer, ger studier av deras inre rörelse av gas och stjärnor motivation för att förstå processen för galaxbildning i det tidigaste möjliga universum", förklarar Ellis. Resultaten av deras studie har publicerats i The Astrophysical Journal Letters .
Galaxbildningen börjar med ackumulering av gas och fortsätter med bildandet av stjärnor från den gasen. Med tiden fortskrider stjärnbildningen från mitten och utåt, en galaktisk skiva utvecklas och galaxen får en speciell form. När stjärnbildningen fortsätter bildas nyare stjärnor i den roterande skivan medan äldre stjärnor finns kvar i den centrala delen. Genom att studera stjärnobjektens ålder och stjärnornas och gasens rörelse i galaxen är det möjligt att bestämma i vilket evolutionsstadium galaxen har nått.
Efter Big Bang kom de tidigaste galaxerna. På grund av universums expansion drar dessa galaxer sig undan från oss. Detta gör att deras utsläpp rödförskjuts (förskjuts mot längre våglängder). Genom att studera dessa rödförskjutningar är det möjligt att karakterisera "rörelsen" inom galaxerna såväl som deras avstånd. I en ny studie har astronomer vid Waseda University nu avslöjat en trolig rotationsrörelse för en sådan avlägsen galax. Kredit:Waseda University
Genom att genomföra en serie observationer under en period av två månader, mätte astronomerna framgångsrikt små skillnader i "rödförskjutningen" från position till position inuti galaxen och fann att JD1 uppfyllde kriteriet för en galax dominerad av rotation. Därefter modellerade de galaxen som en roterande skiva och fann att den återgav observationerna mycket bra. Den beräknade rotationshastigheten var cirka 50 kilometer per sekund, vilket jämfördes med Vintergatans rotationshastighet på 220 kilometer per sekund. Teamet mätte också diametern på JD1 till endast 3 000 ljusår, mycket mindre än Vintergatans diameter på 100 000 ljusår.
Betydelsen av deras resultat är att JD1 är den överlägset mest avlägsna, och därför den tidigaste källan som hittills hittats som har en roterande skiva av gas och stjärnor. Tillsammans med liknande mätningar av närmare system i forskningslitteraturen har detta gjort det möjligt för teamet att avgränsa den gradvisa utvecklingen av roterande galaxer över mer än 95 % av vår kosmiska historia.
Dessutom var massan som uppskattades från galaxens rotationshastighet i linje med den stjärnmassa som tidigare uppskattats från galaxens spektrala signatur, och kom till övervägande del från "mogna" stjärnor som bildades för cirka 300 miljoner år sedan. "Detta visar att stjärnpopulationen i JD1 bildades vid en ännu tidigare epok av den kosmiska tidsåldern", säger Hashimoto.
"Rotationshastigheten för JD1 är mycket långsammare än de som finns i galaxer i senare epoker och vår galax, och det är troligt att JD1 är i ett inledande skede av att utveckla en rotationsrörelse", säger Inoue. Med det nyligen lanserade rymdteleskopet James Webb planerar astronomerna nu att identifiera platserna för unga och äldre stjärnor i galaxen för att verifiera och uppdatera deras scenario för galaxbildning.
Nya upptäckter är säkert i horisonten. + Utforska vidare
