Är galaxen GN-z11 den yngsta galax som upptäckts och den första med helium- vätestjärnor?

 

Med hjälp av NASA:s James Webb Space Telescope har två forskarlag studerat den ljusstarka galaxen GN-z11, som existerade redan när vårt 13,8 miljarder år gamla universum enbart  var cirka 430 miljoner år gammalt. De fann de  tydliga bevis på att galaxen har ett centralt, supermassivt svart hål som snabbt drar till sig materia. Upptäckten gör detta till det mest avlägsna aktiva supermassiva svarta hål som upptäckts hittills.

– Vi fann extremt tät gas något som är vanlig i närheten av supermassiva svarta hål som samlar in gas, beskriver Roberto Maiolino vid Cavendish Laboratory och Kavli Institute of Cosmology vid University of Cambridge i Storbritannien.

Med hjälp av Webb fann teamet även indikationer på joniserade kemiska grundämnen som vanligtvis observeras nära växande supermassiva svarta hål. Dessutom upptäckte de en mycket kraftfull vind som drivs ut ur galaxen. Sådana höghastighetsvindar drivs vanligtvis av processer som är förknippade med kraftigt växande supermassiva svarta hål.

"Webbs NIRCam (Near-Infrared Camera) avslöjade en central, kompakt källa vars färger överensstämmer med färgerna av en ackretionsskiva som omger ett svart hål", beskriver forskaren Hannah Übler, också vid Cavendish Laboratory och Kavliinstitutet. Sammantaget visar detta att GN-z11 är värd för ett supermassivt svart hål med en solmassa på 2 miljoner solmassor i en mycket aktiv fas av konsumerande materia vilket är anledningen till att galaxen är så ljusstark.

Ett andra team, även detta under ledning av Maiolino använde Webbs NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) och fann en gasformig klump av helium i halon som omger GN-z11.

"Det faktum att vi inte ser något annat än helium tyder på att den här klumpen måste vara ganska orörd", beskriver Maiolino. "Detta är något som förväntats i teori och simuleringar i närheten av särskilt massiva galaxer från denna första tid - att det skulle finnas fickor av orörd gashalon vilka kan kollapsa och bilda Population III-stjärnhopar."

Den första generationen stjärnor som bildats nästan helt av väte och helium – är ett av de viktigaste målen för modern astrofysik (att bevisa existensen av). Dessa stjärnor förväntas vara mycket massiva, mycket ljusstarka och mycket heta. Deras förväntade signatur i spektra är närvaron av joniserat helium och frånvaron av kemiska grundämnen  tyngre än helium.

Bildandet av de första stjärnorna och galaxerna markerar ett fundamentalt skifte i den kosmiska historien, under vilken universum utvecklades från ett mörkt tillstånd till den mycket strukturerade och komplexa miljö vi ser idag genom återjonisering och därefter bildandet av andra generationen stjärnor av det slag som vår sol med skiftande grundämnen.

I framtida Webb-observationer kommer Maiolino, Übler med team att utforska GN-z11 mer på djupet och hoppas då kunna stärka bevis på Population III-stjärnorna i dess halo.

Forskningen på den orörda gasklumpen i GN-z11:s halo kommer( eller är nu) att publiceras i  Astronomy & Astrophysic.

Bild https://webbtelescope.org/  GOODS-North Field