En galax som plötsligt slutade bilda nya stjärnor för mer än 13 miljarder år sedan har observerats av astronomer.
Med hjälp av rymdteleskopet James Webb har ett internationellt team av astronomer under ledning av University of Cambridge upptäckt en "död" galax när universum bara var 700 miljoner år gammalt, den äldsta sådan galax som någonsin observerats.
Denna galax verkar ha levt snabbt och dött ung:stjärnbildningen skedde snabbt och stoppade nästan lika snabbt, vilket är oväntat så tidigt i universums utveckling. Det är dock oklart om denna galaxs "släckta" tillstånd är tillfälligt eller permanent, och vad som fick den att sluta bilda nya stjärnor.
Resultaten, rapporterade i tidskriften Nature , kan vara viktigt för att hjälpa astronomer att förstå hur och varför galaxer slutar bilda nya stjärnor och om faktorerna som påverkar stjärnbildningen har förändrats under miljarder år.
"De första hundra miljoner åren av universum var en mycket aktiv fas, med massor av gasmoln som kollapsade för att bilda nya stjärnor", säger Tobias Looser från Kavli Institute for Cosmology, tidningens första författare. "Galaxer behöver en rik tillgång på gas för att bilda nya stjärnor, och det tidiga universum var som en buffé där du kan äta så mycket du kan."
"Det är först senare i universum som vi börjar se galaxer sluta bilda stjärnor, oavsett om det beror på ett svart hål eller något annat", säger medförfattaren Dr Francesco D'Eugenio, även han från Kavli Institute for Cosmology.
Astronomer tror att stjärnbildningen kan bromsas eller stoppas av olika faktorer, som alla kommer att svälta en galax av den gas den behöver för att bilda nya stjärnor. Inre faktorer, som ett supermassivt svart hål eller återkoppling från stjärnbildning, kan trycka ut gas ur galaxen, vilket gör att stjärnbildningen stoppar snabbt. Alternativt kan gas förbrukas mycket snabbt genom stjärnbildning, utan att omedelbart fyllas på med färsk gas från galaxens omgivning, vilket resulterar i galaxsvält.
"Vi är inte säkra på om något av dessa scenarier kan förklara vad vi nu har sett med Webb", säger medförfattaren professor Roberto Maiolino.
"Fram till nu, för att förstå det tidiga universum, har vi använt modeller baserade på det moderna universum. Men nu när vi kan se så mycket längre tillbaka i tiden och observera att stjärnbildningen släcktes så snabbt i denna galax, modeller baserade på det moderna universum kan behöva ses över."
Med hjälp av data från JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey) fastställde astronomerna att denna galax upplevde en kort och intensiv period av stjärnbildning under en period mellan 30 och 90 miljoner år. Men mellan 10 och 20 miljoner år före den tidpunkt då den observerades med Webb, upphörde plötsligt stjärnbildningen.
"Allt verkar hända snabbare och mer dramatiskt i det tidiga universum, och det kan inkludera galaxer som flyttar från en stjärnbildande fas till vilande eller släckt", sa Looser.
Astronomer har tidigare observerat döda galaxer i det tidiga universum, men denna galax är den äldsta hittills – bara 700 miljoner år efter Big Bang, för mer än 13 miljarder år sedan. Denna observation är en av de djupaste som hittills gjorts med Webb.
Förutom att vara den äldsta har den här galaxen också relativt låg massa - ungefär samma som Small Magellanic Cloud (SMC), en dvärggalax nära Vintergatan, även om SMC fortfarande bildar nya stjärnor. Andra släckta galaxer i det tidiga universum har varit mycket mer massiva, men Webbs förbättrade känslighet gör att mindre och svagare galaxer kan observeras och analyseras.
Astronomerna säger att även om den verkar död vid observationstillfället är det möjligt att denna galax under de ungefär 13 miljarder år som gått sedan dess kan ha kommit tillbaka till liv och börjat bilda nya stjärnor igen.
"Vi letar efter andra galaxer som den här i det tidiga universum, vilket kommer att hjälpa oss att sätta vissa begränsningar för hur och varför galaxer slutar bilda nya stjärnor," sa D'Eugenio. "Det kan vara så att galaxer i det tidiga universum "dör" och sedan spricker till liv igen – vi kommer att behöva fler observationer för att hjälpa oss att ta reda på det."
Mer information: En nyligen släckt galax 700 miljoner år efter Big Bang, Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07227-0
Journalinformation: Natur
Tillhandahålls av University of Cambridge
