Hubble finder fjerne galakser løbet tør for gas

Ved hjælp af rumteleskopet Hubble, radioteleskopet ALMA og et "kosmisk teleskop" bestående af en tung galaksehob, har astronomer fra Cosmic Dawn Center - et samarbejde mellem Niels Bohr Institutet og DTU Space - fundet seks galakser i det unge Univers, som er løbet tør for brændstof til at danne nye stjerner. Hvordan de løb tør, er lidt af et mysterium. Resultaterne er netop blevet publiceret i Nature.

The centre of this image from the NASA/ESA Hubble Space Telescope is framed by the tell-tale arcs that result from strong gravitational lensing, a striking astronomical phenomenon which can warp, magnify, or even duplicate the appearance of distant galaxies.  Gravitational lensing occurs when light from a distant galaxy is subtly distorted by the gravitational pull of an intervening astronomical object. In this case, the relatively nearby galaxy cluster MACSJ0138.0-2155 has lensed a significantly more distant quiescent galaxy - a slumbering giant known as MRG-M0138 which has run out of the gas required to form new stars and is located 10 billion light years away. Astronomers can use gravitational lensing as a natural magnifying glass, allowing them to inspect objects like distant quiescent galaxies which would usually be too difficult for even Hubble to resolve. This image was made using observations from eight different infrared filters spread across two of Hubble's most advanced astronomical instruments: the Advanced Camera for Surveys and the Wide Field Camera 3. These instruments were installed by astronauts during the final two servicing missions to Hubble, and provide astronomers with superbly detailed observations across a large area of sky and a wide range of wavelengths. Links  Video of Cosmic Lens Flare

Galaksehoben MACSJ0138.0-2155 forstørrer og forvrænger billedet af en galakse i en afstand af 17 milliarder lysår, og gør derved astronomer i stand til at studere den meget detaljeret (kredit: ESA/Hubble & NASA, A. Newman, M. Akhshik, K. Whitaker).

Galakser er fulde af stjerner, og stjerner er lavet af gas.

Nu om dage er nogle galakser af den ene eller den anden grund løbet tør for gas, og er derfor hørt op med at danne nye stjerner, mens andre, ved at genbruge gas fra gamle stjerner, eller ved at få tilført ny gas fra det intergalaktisk rum, er i stand til at fortsætte med danne nye stjerner.

De fleste stjerner blev skabt i det tidlige Univers, da det var 1/5 af sin nuværende alder, omkring 2-4 milliarder år efter Big Bang. Fordi lyset fra fjerne galakser bruger tid på at nå ned til os, ser vi længere og længere tilbage i tiden, jo længere vi kigger ud i Universet. Kigger vi 10-12 milliarder år tilbage i tiden, ser vi derfor overvejende stærkt stjernedannende galakser.

Men nu har et hold af astronomer, ledet af adjunkt Kate Whitaker fra det amerikanske University of Massachusetts Amherst og affilieret med Cosmic Dawn Center på Niels Bohr Institutet og DTU Space, observeret seks tunge galakser i netop denne periode, som på mysisk vis allerede har opbrugt deres gas og er stoppet med at danne stjerner. Observationerne udfordrer vores forståelse af stjernedannelse og galaksernes udvikling.

Kosmisk teleskop

Observationerne der viser, at galakserne er løbet tør for gas, er foretaget med et array af radioantenner i Chile, kaldet Atacama Large Millimeter Array, eller "ALMA". For i første omgang at finde galakserne har astronomerne udnyttet Rumteleskopet Hubbles høje opløsningsevne.

Men ikke nok med det: Med det mageløse fænomen kendt som "tyngdelinser" var astronomerne i stand til at undersøge denne slags galakser i hidtil uset detaljegrad. Tyngdelinserne er i disse seks tilfælde galaksehobe bestående af hundredevis af galakser, som med deres enorme masse krummer selve rummet så meget, at det kan fokusere lyset fra de fjerne galakser ned til os.

Dette "kosmiske teleskop" forstørrer de seks galakser og forstærker deres lys op til 30 gange, hvilket tillod Kate Whitaker og hendes gruppe sætte meget lavere grænser for mængden af gas end man før har kunnet.

Requiem for en galakse

Hvad der får nogle galakser til at stoppe med at danne stjerner og udvikle sig til inaktive, eller på engelsk "quiescent", er et åbent spørgsmål i astronomi. Et kriterie for stjernedannelse er, at galaksen skal indeholde tilstrækkelig med gas, og at denne gas ikke må være for varm, da gasskyerne ellers ikke kan klumpe sammen og kollapse til stjerner.

Så selv om opdagelsen er længe ventet, er det ikke en stor overraskelse for astronomerne.

"Vi har længe mistænkt, at grunden til at visse galakser hører op med at danne stjerner, er, at de simpelthen løber tør for gas", forklarer lektor på Cosmic Dawn Center Georgios Magdis. "Men nu har vi beviset."

At observere gassen i så fjerne galakser er normalt tæt på umuligt, fordi galakserne både er for lyssvage og for små til at se tilstrækkelig små detaljer. Men i et observationelt program -passende kaldet Resolving QUIEscent Magnified (REQUIEM) Galaxies - har Kate Whitaker og hendes kolleger alligevel fundet nogle af disse specielle galakser.

"Med tyngdelinser som et naturligt teleskop kan vi finde de fjerne, tungeste og første galakser, som lukker ned for deres stjernedannelse", forklarer Whitaker.

Hvorfor de seks REQUIEM-galakser har lukket og slukket, er dog stadig uvist.

Kate Whitaker kan forestille sig flere mulige forklaringer:

"Fik et supertungt sort hul i galaksens centrum gassen til at hvirvle rundt og blive varmet op? I så fald kunne gassen stadig være der, men nu være for varm til at danne stjerner. Blev den blæst ud af galaksen? Eller brugte galaksen simpelthen det hele op? Dette er nogle af de åbne spørgsmål, som vi vil fortsætte med at undersøge med nye observationer i fremtiden."

Mere information

 

Tags: , , , ,