Massive galakser i det tidlige univers dannede stjerner på et meget hurtigere klip end de gør i dag - hvilket skaber ækvivalenten med tusind nye soler om året. Denne sats nåede sit højdepunkt 3 milliarder år efter Big Bang, og med 6 milliarder år havde galakser skabt de fleste af deres stjerner.
Nye observationer fra Hubble-rumteleskopet viser, at selv dværg galakser - de små, lave masseklynger på flere milliarder stjerner - producerede stjerner i en hurtig hastighed, der spiller en større rolle end forventet i universets tidlige historie.
I dag har vi en tendens til at se dværg galakser klamre sig fast til større galakser, eller sommetider være indhyllet inden for, snarere end at findes som flammende samlinger af stjerner alene. Men astronomer har mistanke om, at dværge i det tidlige univers hurtigt kunne vende stjerner over. Problemet er, at de fleste billeder ikke er skarpe nok til at afsløre de svage, fjerne galakser, vi har brug for at observere.
”Vi havde allerede mistanke om, at dværgstjernende galakser ville bidrage til den tidlige bølge af stjernedannelse, men dette er første gang, vi har været i stand til at måle den virkning, de faktisk havde,” sagde hovedforfatter Hakim Atek fra École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) i en pressemeddelelse. ”De ser ud til at have haft en overraskende betydelig rolle at spille i den epoke, hvor universet dannede de fleste af sine stjerner.”
Tidligere undersøgelser af starburst-galakser i det tidlige univers var partisk mod massive galakser, hvilket efterlod det enorme antal dværggalakser, der eksisterede i denne æra. Men de meget følsomme egenskaber ved Hubbles vidrefeltkamera 3 har nu givet astronomer mulighed for at kigge efter dværgalakser med lav masse i det fjerne universum.
Atek og kolleger kiggede på 1000 galakser fra omtrent tre milliarder år til 10 milliarder år efter Big Bang. De gravede gennem deres data på jagt efter H-alfa-linjen: en dyprød synlig spektral linje, der opstår, når et brintelektron falder fra det tredje til det næst laveste energiniveau.
I stjernedannende regioner ioniseres den omgivende gas kontinuerligt ved stråling fra de nyligt dannede stjerner. Når gassen er ioniseret, kan kernen og den fjernede elektron rekombineres til dannelse af et nyt hydrogenatom med elektronet typisk i en højere energitilstand. Denne elektron kaskader derefter tilbage til jordtilstanden, en proces, der producerer H-alfa-emission cirka halvdelen af tiden.
Så H-alpha-linjen er en effektiv sonde til stjernedannelse, og lysstyrken på H-alpha-linjen (som er meget lettere at opdage end den svage, næsten usynlige, kontinuum) er en effektiv sonde til stjernedannelseshastigheden. Fra denne enkelt linje fandt Attek og kolleger, at hastigheden, hvormed stjerner tænder i de tidlige dværge, er overraskende høj.
"Disse galakser danner stjerner så hurtigt, at de faktisk kunne fordoble hele deres masse af stjerner på kun 150 millioner år - denne form for gevinst i stjernemasse ville tage de fleste normale galakser 1-3 milliarder år," sagde medforfatter Jean-Paul Kneib, også fra EPFL.
Holdet ved endnu ikke, hvorfor disse små galakser producerer et så stort antal stjerner. Generelt menes bursts af stjernedannelse at følge noget kaotiske begivenheder som galaktiske fusioner eller chokket fra en supernova. Men ved at fortsætte med at studere disse dværggalakser håber astronomer at belyse den galaktiske udvikling og hjælpe med at male et konsekvent billede af begivenheder i det tidlige univers.
Avisen er offentliggjort i dag i Astrophysical Journal og kan ses her. Den seneste Hubblecast (nedenfor) dækker også dette spændende resultat.
