Forskare har studerat två starkt lysande galaxer där stjärnor bildats i snabb takt. Här finns spår av många olika molekyler, som kan bli viktiga ledtrådar till galaxernas beteende i universums tidiga fas.
När universum var ungt var galaxerna annorlunda jämfört med dagens ståtliga spiraler, som är fulla av mjukt lysande solar och färgglada gasmoln.
I början bildades nya stjärnor i en takt som var hundratals gånger snabbare än i dagens universum. Det mesta skedde bakom tjocka lager av stoft, något som innebär en rejäl utmaning för forskare som vill undersöka dessa stjärnfabrikers hemligheter.
Men med hjälp av kraftfulla teleskop kan astronomerna nu bättre förstå hur så många stjärnor kunde skapas i avlägsna galaxer.
Nya mätningar av avlägsna galaxer
I en studie beskriver nu ett internationellt forskarlag, som letts från Chalmers tekniska högskola, nya mätningar vid observatoriet Noema i Frankrike.
Forskarna har mätt ljuset från två starkt lysande galaxer i det tidiga universum. Båda hade en mycket hög takt på stjärnbildningen.
– Vi visste att dessa galaxer var extremt effektiva stjärnfabriker, kanske bland universums mest extrema. För att kunna ta reda på hur de fungerade mätte vi deras ljus vid våglängder runt en millimeter, i hopp om att samla in nya ledtrådar, säger astronomen Chentao Yang vid Chalmers.
Dramatisk kemi i galaxerna
Mätningarna gick över forskarnas förväntningar. I ljuset som registrerades från de båda galaxerna kunde de se spår av många olika sorters molekyler.
När stjärnorna bildades skickades ljus ut i många olika våglängder från de gasmoln och stoft där stjärnorna föddes, djupt inne i galaxerna.
– Det är en fantastisk explosion av färger, i nyanser som det mänskliga ögat inte kan se. Genom att kombinera våra observationer med vår kunskap om fysik och kemi kan vi förstå vad färgerna betyder, och se vilka skillnader det finns mellan olika galaxer, förklarar Sergio Martín från forskarlaget.
Rekordmånga molekyler hittades
Genom att analysera båda galaxernas spektrum – de individuella färgerna som tillsammans utgör deras ljus – kunde forskarna identifiera 13 olika molekyler. Flera har aldrig tidigare upptäckts i så avlägsna galaxer.
Molekylerna kan ge ny information om de fysikaliska och kemiska förhållandena i dessa galaxer. Varje molekyl ger olika ledtrådar om temperatur, tryck och täthet i rymden mellan stjärnorna. De kan också visa hur stjärnljus, strålning och materia samverkar.
– Att tolka signalerna är en utmaning. Här ser vi en del av det elektromagnetiska spektrumet som är svår att observera i närliggande galaxer. Men tack vare universums expansion förskjuts ljuset från avlägsna galaxer som dessa till längre våglängder, som vi kan se med radioteleskop som observerar i submillimeter-ljus, säger Chentao Yang.
Mer om molekylerna
Över hundra olika molekyler har upptäckts i rymden, i gasmolnen mellan stjärnorna. I den aktuella studien identifierade astronomerna 13 molekyler: kolmonoxid (CO), cyanoradikalen (CN), etynylradikalen (CCH), vätecyanid (HCN), formylkatjonen (HCO+), väteisocyanid (HNC), kolmonosulfid (CS), vatten (H2O), hydroniumjonen (H3O+), kväveoxid (NO), diazenylium (N2H+), metylidynradikalen (CH) och cyklopropenyliden (c-C3H2).
De två galaxerna ligger så långt bort att det tagit nästan 13 miljarder år för deras ljus att nå fram till oss.
– Att titta på de här galaxerna är mindre som en natt under stjärnorna och mer som att se en stad upplyst av neonljus, säger astronomen Susanne Aalto på Chalmers.
Stjärnfabriker fulla av damm
Astronomer är vana att ta bilder av stjärnfabriker i vår egen galax, som till exempel Orion-nebulosan och Carina-nebulosan. Men stjärnfabrikerna i de två avlägsna galaxer som nu har undersökts är annorlunda på många sätt. De är större, ljusare och fulla av damm.
– Nebulosor som Orion och Carina lyser tack vare ultraviolett ljus från heta, nyfödda stjärnor. Men i de två avlägsna galaxerna kan det ultravioletta ljuset inte ta sig förbi dammlagren. Mycket av belysningen beror i stället på kosmiska strålar – partiklar med hög energi som kan skapas av exploderande stjärnor, eller i närheten av supermassiva svarta hål, säger Susanne Aalto.
Trots att dessa galaxer är sällsynta planerar forskarna att studera fler framöver. Det ska göras med hjälp av de mycket ljuskänsliga teleskopen Noema i Frankrike och Alma i Chile.
Vetenskaplig studie:
SUNRISE: The rich molecular inventory of high-redshift dusty galaxies revealed by broadband spectral line surveys, Astronomy & Astrophysics.
Kontakt:
Chentao Yang, astronom vid Chalmers tekniska högskola, chentao.yang@chalmers.se
Robert Cumming, astronom och kommunikatör vid Onsala rymdobservatorium, Chalmers tekniska högskola, robert.cumming@chalmers.se
