Med hjälp av Very Large Telescope och radioteleskopet ALMA i Chile har ett team av astronomer och forskare från Niels Bohr-institutet upptäckt en svärm av galaxer som kretsar i omgivningen av och runt en mycket starkt lysande och kraftigt stjärnbildande galax i det tidiga universum (innebärande många miljarder ljusår bort). Observationen ger viktiga ledtrådar till hur ljusstarka galaxer växer i storlek och kan utveckla sitt centrum till energirika kvasarer som strålar ut ljus över större delen av det observerbara universum.
En kvasar är en extremt ljusstark och avlägsen aktiv galaxkärna. Den överglänser
galaxen där den finns så mycket att denna inte tidigare har kunnat observeras.
Först med hjälp av fotografisk CCD-teknik och senare adaptiv optik har många av
dessa galaxer kunnat påvisas existera. Kvasaren är vanligtvis ett litet objekt
och många ligger på ofantligt stora avstånd från jorden.
De avger enorma mängder elektromagnetisk strålning inom hela spektrumet från radiovågor till gammastrålning. Det är inte ovanligt att en kvasar utstrålar energi motsvarande flera hundra ordinära galaxers och mer. För att upprätthålla ett så starkt energiflöde krävs en mycket kraftfull energikälla. Den gängse förklaringen till denna närmast outtröttliga energikälla är att kvasarer är aktiva galaxkärnor (svarta hål). Ett mycket massivt svart hål omgivet av en ackretionsskiva i centrum i en galax. Kvasarens strålning beror på att gas som närmar sig det svarta hålet hettas upp i ackretionsskivan och då avges energirika jetstrålar.
En grundläggande fråga inom astronomin är hur
galaxer bildas, växer och utvecklas. Som en del av denna utveckling verkar de
flesta galaxer ha eller konstruera ett supermassivt svart hål i dess centrum (ingen vet hur hålet har bildats eller varför).
Dessa gravitationsslukare sväljer närliggande gas och stjärnor och spyr
ut överflödig energi i form av kraftfulla strålar (vilket kallas en kvasar).
Många detaljer om varför galaxers kärna blir kvasarer är okänt. I en ny studie publicerad i Nature Communications visar ett
team av astronomer under ledning av Michele Ginolfi vid ESO, där astronomen Garching utarbetat
en teori för att bättre förstå denna
utveckling.
"Innan det utvecklas en kvasar, tros vissa
galaxer gå igenom en fas av att vara mycket dammiga och mycket" aktiva
"när det gäller stjärnbildning och ackretionbildning av gas runt det supermassiva
svarta hålet", förklarar Ginolfi. "Vi bestämde oss för att utforma
ett experiment för att lära oss mer om hur denna övergångsfas sker."
Ginolfi och hans medarbetare fokuserade på en känd
galax, W0410-0913. En av de ljusstarkaste och mest massiva och gasrika galaxerna i det
avlägsna i tid och rum i universum 12
miljarder ljusår tillbaks i tiden.
Stoftet värms upp av energin från stjärnljuset och
det centrala svarta hålet vilket gör att stoftet glöder och galaxen kan då ses endast
genom sitt utsläpp av infrarött ljus. Det har lett till att denna typ av
galaxer kallas heta dammhöljda galaxer (även kända i allmänhet som "heta
DOG"). Eftersom galaxernas utveckling i sig är kopplad till deras
omgivning, beslutade Ginolfi och hans team som bestod mestadels av forskare i början av sin
karriär att observera W0410-0913 med "MUSE"-instrumentet som finns vid Very
Large Telescope (VLT) i Chile. Detta avancerade verktyg gjorde det möjligt att
studera en region som var 40 gånger större än galaxen själv.
Peter Laursen från Cosmic Dawn Center i Köpenhamn var
en av de som deltog i studien. Han sade; "Observationerna avslöjade att
W0410-0913 är omgiven av en svärm av 24 mindre galaxer. Det intressanta med
MUSE-instrumentet är att vi inte bara kan mäta dessa galaxers position utan
också dess avstånd längs vår siktlinje från MUSE - instrumentet. Med andra ord
kan vi mäta deras 3D-positioner."
Överraskande nog avslöjade ALMA-observationerna även
att W0410-0913 inte verkar ha störts av interaktioner med dessa följeslagare av
galaxer. Enligt observationerna roterar gas lugnt och ordnat runt det centrala
svarta hålet. Välordnat men snabbt med hastigheter på upp till 500 km/s.
– Genom att koppla ihop resultaten från de två olika
teleskopen ser vi en bild av hur de mest massiva och dammiga galaxerna kan
komma att utvecklas. Den här typen av galaxer är ett viktigt steg i övergången
från en dammig och stjärnbildande galax till en kvasar som tenderar att växa i
mycket täta miljöer, säger Ginolfi och tillägger.
"Trots den förväntade sammanslagningen i framtiden med de mindre galaxerna blir dessa
gravitationsinteraktioner inte nödvändigtvis destruktiva - de matar den
centrala galaxen och virvlar upp gasen lite, men lämnar den praktiskt taget
intakt. Lite som att kasta små stenar mot en ruta av massivt glas: du kan repa
den, men det går inte hål i den”
Michele Ginolfis observationer ger nu de första
ledtrådarna om den flerskaliga process som driver utvecklingen av de sällsynta
och extrema populationerna av heta dammhöljda galaxer. Galaxer vilka frodas i täta,
speciella livsmiljöer, men vars interaktion med sina följeslagare likväl kan vara svag.
Bild från https://phys.org/
citat översatt "Den massiva,
hyperlysande galaxen W0410-0913 och dess omgivning, sett 12 miljarder år
tillbaka i tiden. Zoomningen på W0410-0913 visar en karta över gasens hastighet
i galaxen, mer specifikt av dess kolmonoxidgas: Blå färg betyder gas som kommer mot
oss, medan rött betyder motsatsen. Galaxen roterar. Upphovsman till bilden: M.
Ginolfi & G. Jones / VLT / ESO"
