En av de mest avlägsna galaxer som någonsin observerats är mycket sannolikt att rotera, säger astronomer. Ett internationellt team ledd av Tsuyoshi Tokuoka från Waseda University, Japan, upptäckte rörelsen med hjälp av observationer från Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i Chile. Resultatet ger viktiga nya insikter om utvecklingen av nybildade galaxer och kan ge användbar vägledning för kommande observationer med James Webb Space Telescope (JWST).
När galaxer först började bildas var universum i sin "mörka tidsålder" - en period då praktiskt taget all materia var sval och genomskinlig. När materia kollapsade under gravitationen bildades galaxer, vilket startade stjärnbildning i begynnande galaktiska centra och utlöste den så kallade "återjoniseringens epok" som avslutade den mörka medeltiden. Därifrån spred sig stjärnbildningen till roterande galaktiska skivor, där nyare stjärnor nu finns.
Astronomer har fortfarande mycket att lära sig om fysiken som styrde dessa forntida galaxer. För att kasta nytt ljus över dessa frågor, inklusive ursprunget till den galaktiska rotationen, vände sig Tokuoka och kollegor till observationer från ALMA. Detta instrument har revolutionerat observationen av avlägsna, starkt rödförskjutna galaxer, på grund av dess imponerande rumsliga och frekvensupplösningar.
I den senaste studien använde forskarna ALMA för att studera MACS1149-JD1: en gravitationslinsgalax som ligger över 10 miljarder ljusår bort, vilket gör den till ett av de mest avlägsna objekt som någonsin bekräftats. Genom spektroskopi har astronomer upptäckt att JD1 innehåller en population av stjärnor som är ungefär 300 miljoner år gamla, vilket placerar dess ursprung långt inne i universums mörka medelålder – bara 270 miljoner år efter Big Bang.
Olika rödförskjutningar
Teamet undersökte de karakteristiska våglängderna som emitteras av dubbeljoniserat syre (O III) i JD1. Denna gas finns allmänt i supernovarester, vilket gör den till en nyckelkomponent i materialet i det interstellära mediet. Tack vare ALMA:s upplösning kunde teamet identifiera variationer i rödförskjutningen av O III-utsläpp i olika delar av galaxen. Detta avslöjade en gradient i materialhastigheten i JD1:s interstellära medium – där ena sidan av galaxen uppvisade en distinkt annorlunda rödförskjutning.
Denna observation uppfyllde nästan alla kriterier som måste uppfyllas för att bekräfta att en galax roterar, vilket gör den till det tidigaste exemplet på en roterande skiva som någonsin upptäckts. Dess rotationshastighet var också mycket långsammare än vad som finns i andra galaxer, inklusive vår egen – vilket tyder på att JD1:s rotationsrörelse fortfarande är i ett tidigt skede.
Galaxrotationsstudie utesluter modifierad gravitation, eller gör det?
Resultatet, som beskrivs i The Astrophysical Journal Letters, betyder att astronomer har ett rekord av galaktiska rotationshastigheter som spänner över 95 % av universums totala historia, vilket medlemmar i teamet säger är ett viktigt steg för att förstå hur galaxernas fysiska egenskaper utvecklas. Tokuoka och kollegor hoppas nu att många återstående frågor snart kommer att besvaras med hjälp av JWST, som borde göra det möjligt för dem att identifiera åldrarna för specifika stjärnpopulationer inuti galaxen.
