17. januar 2020

Kernen i de største galakser dannedes allerede 1,5 milliarder år efter Big Bang

Astrofysik, Galakser:

En fjern galakse, større end vores Mælkevej, med mere end en billion stjerner, har afsløret, at kernerne i de største galakser allerede var dannet 1,5 milliarder år efter Big Bang. Det er ca. en milliard år tidligere end tidligere målinger har vist. Opdagelsen vil bidrage til vores viden om dannelsen af Universet mere generelt, og vil muligvis betyde, at de computermodeller, astronomerne anvender – et meget vigtigt værktøj – skal revideres. Resultatet, som blev opnået i samarbejde med forskere ved National Observatory of Japan er nu publiceret i to forskningsartikler i tidsskrifterne Astrophysical Journal Letters og Astrophysical Journal.

Forstørrelse af en lille del af Subaru/XMM-Newton Deep Field. Den røde galakse i centrum er en døende galakse for 12 milliarder år siden. Astronomer målte stjernernes bevægelse i galaksen og konkluderede, at kernen i galaksen allerede var så godt som færdigdannet på dette tidlige tidspunkt. Credit: NAOJ/M. Tanaka

Hvad er en ”død” galakse?

Galakser kategoriseres almindeligvis som døde eller levende: Døde galakser danner ikke længere nye stjerner, mens levende galakser stadig lyser med stjernedannelsesaktivitet. En døende galakse er på vej ind i en proces, hvor stjernedannelsen er stærkt aftagende. Døende galakser lyser ikke så stærkt som levende galakser, men er heller ikke så mørke som døde galakser.  Forskerne anvender denne klassifikation som den første identifikationsfaktor, når universet observeres. 

Den hidtil fjerneste, observerede døende galakse har afsløret en bemærkelsesværdig modenhed

Et hold af forskere ved Grundforskningscentret Cosmic Dawn Center ved Niels Bohr Institutet og National Observatory of Japan opdagede for nylig en enorm døende galakse, som allerede var dannet 1,5 milliarder år efter Big Bang, den fjernest observerede af sin slags. ”Ydermere fandt vi, at kernen i galaksen allerede var fuldt dannet på dette tidlige tidspunkt”, siger Masayuki Tanaka, forfatter til den ene artikel. ”Dette resultat passer med det faktum, at da disse gigantiske, døende systemer stadig var i live og dannede stjerner, har de muligvis ikke været så ekstreme, sammenlignet med de typiske galakser på det tidspunkt”, tilføjer Francesco Valentino, adjunkt ved Niels Bohr Instituttet og forfatter til den anden artikel, om den tidlige historie for universets første døende galakser.Hvorfor dør galakser? Et af de største spørgsmål i astrofysik er fortsat ubesvaret

”Den aftagende stjernedannelse fortæller os, at en galakse er døende, trist nok, men det er nøjagtig denne type galakser vi ønsker at studere i højere detaljeringsgrad, for at forstå processerne. Et af de største ubesvarede spørgsmål i astronomien handler om hvorfor og hvordan en galakse går fra en stjernedannende tilstand til at være en død galakse. Fx er Mælkevejen stadig levende, idet den langsomt danner nye stjerner, men ikke alt for langt væk (i astronomiske termer) ligger den centrale galakse i Virgo galakseklyngen – M87 – og den er død og helt forskellig fra Mælkevejen. Hvordan kan det være? ”Det har muligvis noget at gøre med tilstedeværelsen af et gigantisk og aktivt sort hul i centrum af galakser som M87”, siger Valentino.

Jordbaserede teleskoper finder ekstremerne – men astronomer leder efter normalitet

Et af problemerne i at studere galakser i så stor detaljeringsgrad er, at de teleskoper vi har rådighed over på Jorden for nuværende, har nemmest ved at finde de mest ekstreme galakser. Men nøglen til at beskrive Universets historie ligger hos den langt mere talrige population af normale objekter. ”Siden vi har brug for at opdage normaliteten, er vi nødt til at overkomme denne forhindring”, siger Valentino.

James Webb Telescope (JWST) repræsenterer et håb for bedre datamateriale i den nære fremtid

Det nye teleskop, planlagt til opsendelse til rummet i 2021, James Webb Telescope, kommer til at give  astronomerne data med en detaljeringsgrad, der gerne skulle gør dem i stand til at kortlægge nøjagtig denne normalitet. Metoderne, som forskerne ved Niels Bohr Institutet har udviklet i tæt samarbejde med det japanske forskerteam, har dog allerede vist deres værd, hvilket det nylige resultat viser. ”Det er meget betydningsfuldt, idet det vil gøre det muligt for os at lede efter de mest lovende galakser lige fra starten, når JWST giver os adgang til data af meget højere kvalitet”, forklarer Francesco Valentino.

James Webb teleskopet, hvis primære spejl har en diameter på 6,5 meter, sendes ud i rummet i 2021. Det er efterfølgeren til Hubble teleskopet. Credit: NASA / ESA / MPIA 

Kombinationen af observationerne med værktøjet – computermodellerne af Universet

Det, der nu findes observationelt, er ikke alt for langt fra dét computermodellerne er i stand til at vise. ”Indtil for nylig har vi ikke haft mange observationer, som vi kunne sammenligne med modellerne. Men udviklingen sker hurtigt og med JWST vil vi få et større og mere værdifuldt udvalg af galakser at studere om få år. Jo flere galakser vi kan studere, jo bedre er vi i stand til at forstå og beskrive de egenskaber eller situationer, der fører til en særlig tilstand – om en galakse er levende, døende eller død. Det er grundforskning – en mulighed for at omskrive Universets historie mere korrekt og i større og større detaljeringsgrad. Samtidig forfiner vi computermodellernes evne til at medtage vores observationer, hvilket vil være en kæmpe forbedring, ikke blot for vores gren af forskningen, men for astronomi generelt”, forklarer Francesco Valentino.

Cosmic Dawn Center er støttet af Grundforskningsfonden og Francesco Valentinos forskning af en bevilling fra Carlsbergfondet: ”Galaxies, rise and death”

Links til de videnskabelige artikler:

Astrophysical Journal Letters: Stellar Velocity Disperson of a Massive Quenching Galaxy at z=4.01
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab4ff3#artAbst

Quiescent galaxies 1.5 billion years after the Big Bang and their progenitors
https://arxiv.org/abs/1909.10540v2