En av de fjerneste galaksene som noen gang er observert, vil sannsynligvis rotere, sier astronomer. Et internasjonalt team ledet av Tsuyoshi Tokuoka fra Waseda University, Japan, oppdaget bevegelsen ved hjelp av observasjoner fra Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i Chile. Resultatet gir avgjørende ny innsikt i utviklingen av nydannede galakser og kan gi nyttig veiledning for kommende observasjoner med James Webb Space Telescope (JWST).
Da galakser først begynte å dannes, var universet i sin "mørke tidsalder" - en periode da praktisk talt all materie var kjølig og gjennomsiktig. Da materie kollapset under tyngdekraften, dannet det seg galakser, som startet stjernedannelse i begynnende galaktiske sentre og utløste den såkalte "reioniseringsepoken" som avsluttet den mørke middelalderen. Derfra spredte stjernedannelse seg ut i roterende galaktiske skiver, der nyere stjerner nå holder til.
Astronomer har fortsatt mye å lære om fysikken som styrte disse eldgamle galaksene. For å kaste nytt lys over disse spørsmålene, inkludert opprinnelsen til den galaktiske rotasjonen, henvendte Tokuoka og kollegene seg til observasjoner fra ALMA. Dette instrumentet har revolusjonert observasjonen av fjerne galakser med høy rødforskyvning, på grunn av dets imponerende romlige og frekvensoppløsninger.
I den siste studien brukte forskerne ALMA til å studere MACS1149-JD1: en gravitasjonslinsegalakse som ligger over 10 milliarder lysår unna, noe som gjør den til et av de fjerneste objektene som noen gang er bekreftet. Gjennom spektroskopi har astronomer oppdaget at JD1 inneholder en populasjon av stjerner som er omtrent 300 millioner år gamle, noe som plasserer dens opprinnelse godt inne i universets mørke tidsalder – bare 270 millioner år etter Big Bang.
Ulike rødforskyvninger
Teamet undersøkte de karakteristiske bølgelengdene som sendes ut av dobbelt ionisert oksygen (O III) i JD1. Denne gassen er mye funnet i supernova-rester, noe som gjør den til en nøkkelkomponent i materialet i det interstellare mediet. Takket være ALMAs oppløsning, var teamet i stand til å identifisere variasjoner i rødforskyvningen av O III-utslipp i forskjellige deler av galaksen. Dette avslørte en gradient i hastigheten til materialet i JD1s interstellare medium – med en side av galaksen som viser en tydelig annen rødforskyvning.
Denne observasjonen tilfredsstilte nesten alle kriterier som må oppfylles for å bekrefte at en galakse roterer, noe som gjør den til det tidligste eksemplet på en roterende skive som noen gang er oppdaget. Rotasjonshastigheten var også langt lavere enn i andre galakser, inkludert vår egen – noe som tyder på at JD1s rotasjonsbevegelse fortsatt er i de tidlige stadiene.
Galaxy-rotasjonsstudie utelukker modifisert gravitasjon, eller gjør det det?
Resultatet, som er beskrevet i The Astrophysical Journal Letters, betyr at astronomer har en oversikt over galaktiske rotasjonshastigheter som spenner over 95 % av universets totale historie, som medlemmer av teamet sier er et viktig skritt i forståelsen av hvordan de fysiske egenskapene til galakser utvikler seg. Tokuoka og kollegene håper nå at mange gjenværende spørsmål snart vil bli besvart ved hjelp av JWST, som skal gjøre dem i stand til å identifisere alderen til spesifikke stjernepopulasjoner inne i galaksen.
