“Den fjerneste galakse, der endnu er set!” Har vi ikke hørt den før? (Se f.eks. Her og her.) Selv om det er sandt, at astronomer fortsætter med at skubbe længere tilbage i tiden med bedre instrumenter, er der grundlæggende udfordringer med hensyn til at observere og måle afstanden til de tidligste galakser i kosmos.
Derfor er denne nye observation af en galakse, der dannedes omkring 700 millioner år efter Big Bang, betydelig. Mens der er identificeret tal af galakser, der dannedes i den æra, har astronomer kun målt nøjagtige afstande for fem af dem. Denne galakse markerer den sjette, og den er den længste af flokken. Måske endnu vigtigere end afstandsmåling bestemte forskere, at denne galakse fødte nye stjerner med mere end 100 gange den hastighed, som Mælkevejen gør i dag. Det indikerer, at de tidlige galakser muligvis har været mere aggressive med stjernedannelse end tidligere antaget.
En ny artikel offentliggjort i Natur (betalingsmuradvarsel) beskriver måling af rødskiftet i en galakse identificeret i den kosmiske forsamling nær-infrarød Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS), der bruger den infrarøde spektrograf på Keck-teleskopet på Hawaii. På grund af denne store afstand ser Hubble-rumteleskopet ikke galaksen i sine optiske bånd, men det er en lys kilde i infrarød, både for Hubble og Spitzer-rumteleskopet. Redshift er, hvis du husker det, et mål for, hvor hurtigt en galakse ser ud til at bevæge sig væk fra os, når universet udvides; jo højere rødskiftet er, jo længere væk er galaksen - og derfor jo længere siden udsendte det lys, vi ser. Når universet vokser, strækker det proportionalt lysets bølgelængde. På den måde forskydes det synlige lys eller endda ultraviolet emission, der er almindelig i stjerner, til den infrarøde del af spektret.
I dette tilfælde målte astronomer rødskiftet af galaksen z8_GND_5296 (der er et mindeværdigt navn for dig) til at være 7,51, hvilket svarer til cirka 13 milliarder lysår væk. De bestemte dette antal ved at måle Lyman alpha (Ly α) -emission fra brintgas, hvilket både er meget almindeligt og vanskeligt at måle i så store afstande. Ly α-lys fra brintgas på vores placering er omkring 122 nanometer, fast i den ultraviolette del af spektret, men den tilsvarende emission fra z8_GND_5296 er ca. 1034 nanometer, som er infrarød. (For at få rødskift skal du dele det større antal med det mindre og trække 1. Desværre er forholdet mellem rødskift og afstand intetsteds så enkelt.)
Imidlertid har ikke hver galakse i sammenlignelige afstande målbare Ly α -emissioner: noget ser ud til at forhindre, at meget af dette lys når os. Den førende idé er neutral intergalaktisk gas, der spreder lyset, men der er for få galakser observeret til at bekræfte den hypotese. Som et resultat, mens der er snesevis af galakser med rødskift større end 7 (bestemt ikke af spektrum men af den tilsyneladende farve på galaksen), kan rødskiftene ikke dobbeltkontrolleres for de fleste. Dette papir rapporterer om 43 tidlige galakser, men kun en af denne prøve havde målbare Ly α -emissioner.
Mere interessant er galaksen z8_GND_5296 relativt rig på "metaller": elementer, der er tungere end helium. Da disse elementer er produceret af stjerner snarere end Big Bang, indikerer det en meget hurtig cyklus af stjernefødsel og død selv på det tidspunkt, hvor denne galakse udsendte det lys, vi observerer.
For at understøtte denne påstand fandt forfatterne af den nuværende undersøgelse, at z8_GND_5296 og en lignende galakse, der blev betegnet GN 108036, har ekstremt høje stjernedannelsesfrekvenser, hvilket konverterede ækvivalentet til 330 solskudsmasse til nye stjerner. Det er mere end 100 gange stjernedannelsesfrekvensen på Mælkevejen, og sammenlignelig med nogle af de mest ekstreme stjernedannende galakser. Disse galakser blev tidligere antaget at være sjældne, så astronomer kan muligvis være nødt til at revidere deres skøn over, hvor hurtigt nye stjerner blev lavet i de tidlige galakser.
Ligegyldigt hvad, det vil være interessant at se, hvordan andre tidlige galakser er, når vores observationer forbedres. Uden dette ved vi ikke, om z8_GND_5296 er en sjældenhed i dens ekstreme stjernedannelse, eller forstår, hvorfor det er relativt lyst i Ly α-emissioner, mens det ikke er søskende. Og måske finder vi opdelingen i tiden mellem æraen uden galakser og de allerførste galakser, der dannes.
