"Dessa observationer förändrar vår förståelse av galaxens evolution", säger Richard S. Ellis, professor i astrofysik vid University College London (UCL) och medförfattare till en av två nya studier publicerade i Nature. "Det hade antagits att de tidigaste galaxerna skulle ha varit kaotiska och oregelbundna, och det är en stor överraskning att upptäcka att de har ordnade, roterande strukturer ungefär som moderna spiralgalaxer, bara några hundra miljoner år efter Big Bang."
Det tidiga universum var en kaotisk plats, fylld med gas, damm och resterna av Big Bang. Astronomer hade förväntat sig att de första galaxerna som bildades skulle vara små och oregelbundna, med liten struktur. Men de nya ALMA-observationerna visar att några av dessa tidiga galaxer faktiskt var ganska stora och välorganiserade, med spiralarmar och stänger som liknar de som ses i galaxer idag.
Observationerna tyder också på att dessa tidiga galaxer bildade stjärnor i mycket snabbare takt än galaxer idag. Detta är uppenbart i galaxernas ljusa, glödande centra, som är områden med intensiv stjärnbildning.
De nya fynden utmanar vår nuvarande förståelse av galaxens evolution och tyder på att det tidiga universum kan ha varit en mer komplex och mångfaldig plats än man tidigare trott.
"Vi tittar på en tid i universums historia då vi tror att galaxerna bara var ungefär en miljard år gamla", säger Takuma Izumi, forskare vid National Astronomical Observatory of Japan och huvudförfattare till en av studierna. "Det är som att titta på en babybild av det nuvarande universum, och det är fantastiskt att se hur utvecklade och strukturerade dessa tidiga galaxer ser ut att vara."
ALMA-observationerna är en del av ett större projekt som kallas Atacama Large (Sub)millimeter Aperture Survey (ATLAS), som använder ALMA för att avbilda det avlägsna universum i oöverträffad detalj. De nya bilderna från ATLAS ger astronomer en mängd ny information om det tidiga universum, och de utmanar vår nuvarande förståelse av hur galaxer bildas och utvecklas.
"Dessa nya observationer förändrar verkligen hur vi tänker om det tidiga universum", säger Chris Carilli, chef för National Radio Astronomy Observatory (NRAO) i Socorro, New Mexico, USA, och medförfattare till en av studierna. "Det är tydligt att det tidiga universum var en mycket mer komplex och dynamisk plats än vi någonsin hade föreställt oss."
