Vår förståelse av hur galaxer bildas och den mörka materiens natur skulle kunna förändras helt efter nya observationer av en stjärnpopulation större än Vintergatan från mer än 11 ​​miljarder år sedan som inte borde existera.

En tidning publicerad idag i Nature detaljer om fynden med hjälp av nya data från James Webb Space Telescope (JWST). Resultaten visar att en massiv galax i det tidiga universum – observerad för 11,5 miljarder år sedan (en kosmisk rödförskjutning på 3,2) – har en extremt gammal population av stjärnor som bildades mycket tidigare – 1,5 miljarder år tidigare i tiden (en rödförskjutning på cirka 11). Observationen upphäver nuvarande modellering, eftersom inte tillräckligt med mörk materia har byggts upp i tillräckliga koncentrationer för att frö deras bildning.

Swinburne University of Technologys framstående professor Karl Glazebrook ledde studien och det internationella teamet, som använde JWST för spektroskopiska observationer av denna massiva vilande galax.

"Vi har jagat just den här galaxen i sju år och ägnat timmar åt att observera den med de två största teleskopen på jorden för att ta reda på hur gammal den var. Men den var för röd och för svag, och vi kunde inte mäta den. I i slutet var vi tvungna att lämna jorden och använda JWST för att bekräfta dess natur."

Bildandet av galaxer är ett grundläggande paradigm som ligger till grund för modern astrofysik och förutspår en kraftig minskning av antalet massiva galaxer under tidig kosmisk tid. Extremt massiva vilande galaxer har nu observerats så tidigt som en till två miljarder år efter Big Bang som utmanar tidigare teoretiska modeller.

Den framstående professor Glazebrook arbetade med ledande forskare över hela världen, inklusive Dr. Themiya Nanayakkara, Dr. Lalitwadee Kawinwanichakij, Dr. Colin Jacobs, Dr. Harry Chittenden, docent Glenn G Kacprzak och docent Ivo Labbe från Swinburne's Center for Astrophysics and Supercomputing .

"Detta var i hög grad en laginsats, från de infraröda himmelundersökningar vi startade 2010 som ledde till att vi identifierade denna galax som ovanlig, till våra många timmar på Keck och Very Large Telescope där vi försökte, men inte lyckades bekräfta det, tills äntligen det senaste året där vi tillbringade enorma ansträngningar för att ta reda på hur vi skulle bearbeta JWST-data och analysera detta spektrum."

Dr. Themiya Nanayakkara, som ledde spektralanalysen av JWST-data, säger:"Vi går nu längre än vad som var möjligt för att bekräfta de äldsta massiva vilande monster som finns djupt i universum. Detta tänjer på gränserna för vår nuvarande förståelse av hur Galaxer bildas och utvecklas nu är hur de bildas så snabbt mycket tidigt i universum, och vilka mystiska mekanismer som leder till att de inte kan bilda stjärnor abrupt när resten av universum gör det."

Docent Claudia Lagos från University of Western Australias nod vid International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) var avgörande för att utveckla den teoretiska modelleringen av utvecklingen av mörk materiakoncentrationer för studien.

"Galaxbildningen är till stor del dikterad av hur mörk materia koncentreras", säger hon. "Att ha dessa extremt massiva galaxer så tidigt i universum utgör betydande utmaningar för vår standardmodell av kosmologi. Detta beror på att vi inte tror att så massiva mörk materiastrukturer som är värd för dessa massiva galaxer har hunnit bildas ännu. Fler observationer behövs för att förstå hur vanliga dessa galaxer kan vara och för att hjälpa oss förstå hur massiva dessa galaxer verkligen är."

Glazebrook hoppas att detta kan vara en ny öppning för vår förståelse av mörk materias fysik, och säger:"JWST har hittat allt fler bevis för att massiva galaxer bildas tidigt i tiden. Detta resultat sätter ett nytt rekord för detta fenomen. Även om det är mycket slående , det är bara ett objekt Men vi hoppas hitta fler, och om vi gör det kommer detta verkligen att rubba våra idéer om galaxbildning."

Mer information: Karl Glazebrook et al, En massiv galax som bildade sina stjärnor vid z ~ 11, Natur (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07191-9. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2308.05606

Journalinformation: Natur , arXiv

Tillhandahålls av Swinburne University of Technology