En av de största snurrande strukturer som hittills hittats därute

 

Bilden  https://www.ras.ac.uk  illustrerar rotationen av neutralt väte (höger) i galaxer som befinner sig i ett utsträckt filament (mitten), där galaxerna uppvisar en koherent bulkrotationsrörelse som följer det storskaliga kosmiska nätverket (vänster).Credit Lyla JungLicenstyp Attribution (CC BY 4.0)

En av de största roterande strukturerna som någonsin hittats i universum  liknas vid en tekoppkarusell i nöjesparker har observerats cirka 140 miljoner ljusår från jorden. Den gigantiska snurrande kosmiska tråden hittades av ett internationellt team under ledning av University of Oxford har en "rakbladstunn" rad av galaxer inbäddad i sig.

Kosmiska filament är de största kända strukturerna i universum. De är enorma, trådliknande formationer av galaxer och mörk materia som bildar  kosmiska fundament. De fungerar som motorvägar längs med vilka materia i stor  rörelse flödar in i galaxer.

Närliggande filament som innehåller många galaxer som snurrar i samma riktning och där hela strukturen verkar rotera är idealiska system att utforska om hur galaxer fick den rotation och den gas de har idag. Det kan även ge möjlighet att testa teorier om hur kosmisk rotation byggs upp över tiotals miljoner ljusår.

I den nya studien beskriver forskarna från oss 14 närliggande galaxer rika på vätgas, arrangerade i en tunn, utsträckt linje på cirka 5,5 miljoner ljusår lång och 117 000 ljusår bredd. Denna linjestruktur finns inuti ett mycket större kosmisk filament som är ungefär 50 miljoner ljusår långt och innehåller mer än 280 galaxer.

Anmärkningsvärt nog verkar många av dessa galaxer rotera i samma riktning som filamentet självt.

Detta utmanar nuvarande modeller och antyder att kosmiska strukturer kan påverka galaxers rotation starkt och under längre tid än man tidigare trott.

Forskarna fann även att galaxerna på vardera sidan av filamentets centrum rör sig i motsatta riktningar vilket tyder på att hela strukturen roterar. Med hjälp av datamodellering av filamentets dynamik drog de slutsatser om rotationshastigheten som blev 110 km/s och uppskattade radien av filamentets täta centrala region till cirka cirka 163 000 ljusår.

Medförfattaren Dr Lyla Jung vid University of Oxford beskriver: "Det som gör denna struktur exceptionell är inte bara dess storlek utan också kombinationen av spinnjustering och rotationsrörelse.

Filamentet verkar vara en ung relativt orörd struktur. Dess stora antal gasrika galaxer och låga inre rörelse visar på ett så kallat "dynamiskt kallt" tillstånd och tyder på att det fortfarande befinner sig i ett tidigt utvecklingsstadium.

Eftersom väte är råmaterialet för stjärnbildning samlar eller behåller galaxer som innehåller mycket vätgas aktivt bränsle till att bilda stjärnor. Studier av dessa galaxer kan därför ge en inblick i tidiga eller pågående stadier i detta.

Det internationella teamet använde för studien data från Sydafrikas MeerKAT-radioteleskop, ett av världens mest kraftfulla teleskop, bestående av en uppsättning av 64 sammanlänkade parabolantenner.

Detta snurrande filament upptäcktes genom en djupgående undersökning av himlen kallad MIGHTEE vid MeerKAT teleskopet under ledning av astrofysikprofessorn Matt Jarvis vid University of Oxford. Arbetet kombinerades med optiska observationer från Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) och Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

Studien involverade även forskare från University of Cambridge, University of the Western Cape, Rhodes University, South African Radio Astronomy Observatory, University of Hertfordshire, University of Bristol, University of Edinburgh och University of Cape Town.

Studien publicerades nyligen i Monthly Notices ofthe Royal Astronomical Society  och  här beskrivs  värdefulla nya insikter om hur galaxer bildades i det tidiga universum.

Våldsamma kollisioner mellan galaxer.

 

Bild wikipedia på Andomedagalaxen vilken en gång i en avlägsen framtid kommer att sammanslås med Vintergatan.

Nästan alla massiva galaxer innehåller ett massivt svart hål (SMBH) i centrum. De flesta döljs i mörkret medan de drar i sig gas, damm och stjärnor från omgivningen. Materia som samlas i det svarta hålets ackretionsskiva innan det oåterkalleligt dras ner i avgrunden och avger strålning som avslöjar det svarta hålets position.

En liten andel av galaxerna har en SMBH som lyser starkt eller till och med trycker ut material från sina poler. Dessa kallas aktiva galaxkärnor (AGN). Vissa astronomer har utarbetat teorier om att våldsamma kollisioner mellan galaxer kan spela en viktig roll i antändningen av AGN. Den resulterande turbulensen kan få det extra materialet att samlas i en SMBH:s ackretionsskiva, där friktion och kompression gör materia  varmt nog för att lysa starkt. I de mest extrema fallen är AGN så ljusstarka att de helt överglänser sina värdgalaxer.

Med användning  av den nya AGN-identifieringsmetoden på en miljon galaxer bekräftar Euclid-konsortiet där huvudförfattarna Antonio la Marca och Lingyu Wang från SRON (Space Research Organisation Netherlands) till artikeln nedan deltar nu hypotesen att galaxsammanslagningar spelar en viktig roll i antändningen av AGN. Den insamlade datamängd är tiotals gånger större än i tidigare studier och bekräftar detta. 'Vi drar också slutsatsen att sammanslagningar mycket sannolikt är den enda mekanismen som kan försörja de mest lysstarka AGN:n,' beskriver La Marca. 'Åtminstone är det den primära utlösaren.

'Innan lanseringen av teleskopet Euclid var det svårt att validera denna hypotes på grund av begränsad datakvalitet och små urvalsstorlekar. Men inom en vecka levererade Euclid bilder av hög kvalitet som täcker ett område nära den totala yta som Hubbleteleskopet observerat under över tre decennier.

För att fullt ut utnyttja kraften i dessa data har Euclid-konsortiet, inklusive huvudförfattarna Berta Margalef-Bentabol och Lingyu Wang från SRON, utvecklat ett nytt AI-verktyg för bilddekomposition som inte bara identifierar AGN utan även kvantifierar deras resultat. 'Detta nya tillvägagångssätt kan till och med avslöja svag AGN som andra identifieringsmetoder missar,' beskriver Margalef-Bentabol.

En artikel om studien och dess resultat finns här arxiv.org. 

Ännu en teori om de bland forskare så aktuella ”Little red dots”

 

Bild wikipedia En liten rödpunktsgalax (mitten) i falsk färg.

PÅ flera universitet forskas det  i dag om de så kallade little red spots för att utröna vad de är.

 Astronomer vid Centrum för astrofysik | Harvard och Smithsonian har föreslagit en ny förklaring till några av universums mest förbryllande tidiga galaxer (Flertalet anser det är galaxer) , med smeknamnet " little red spots ".

I studien, som publiceras i The Astrophysical Journal Letters, föreslår författarna Fabio Pacucci och Abraham (Avi) Loeb att dessa galaxer är resultatet av mycket långsamt snurrande halos av mörk materia, en extremt sällsynt kosmisk struktur.

Dessa ljussvaga, kompakta objekt, som upptäcktes i rymdbilder från James Webb Space Telescope (JWST), har utmanat forskarnas förståelse av hur galaxer och svarta hål bildades i det tidiga universum.

Deras artikel "Cosmic Outliers: Low-Spin Halos Explain the Abundance, Compactness, and Redshift Evolution of the Little Red Dots" ger en fysikalisk förklaring till prickarnas distinkta egenskaper. 

" Little red spots är mycket kompakta och röda avlägsna galaxer som var helt oupptäckta före James Webb Space Telescope", beskriver Pacucci. – De är utan tvekan den mest överraskande upptäckten av JWST hittills. Vårt arbete visar att dessa kan bildas naturligt i halos av mörk materia med mycket lågt spinn.

Dessa galaxer är främst synliga när universum bara var en miljard år gammalt, men bildades troligen mycket tidigare, beskriver Pacucci, under en tid som kallas den kosmiska gryningen. Trots att de är ungefär en tiondel så stora som vanliga galaxer visar astronomiska observationer att de verkar ovanligt ljusstarka. Astronomer tror att deras  röda färg tyder på att de är höljda i stoft eller fyllda med äldre stjärnor.

I flera år har astronomer debatterat om ljuset vi observerar från dessa objekt kommer från stjärnor eller centrala supermassiva svarta hål.

"Det är ett grundläggande mysterium", beskriver Pacucci. – Om de innehåller svarta hål så är de enorma för så små galaxer. Men om de bara innehåller stjärnor är galaxerna för kompakta för att rymma dem alla och når centrala stjärndensiteter som är otänkbara.

I stället för att fokusera på vad som driver de lysande prickarna tog Pacucci och Loeb ett annat tillvägagångssätt: de undersökte hur sådana objekt kan bildas så tidigt i universums historia. Några av prickarna visar breda emissionslinjer i sina spektra vilket är möjliga tecken på aktiva svarta hål, men de saknar den röntgenstrålning som vanligtvis förknippas med dem. Pacucci leder nya program för att bättre förstå naturen hos dessa märkliga astrofysiska källor. Att hitta liknande närliggande galaxer kommer till exempel att klargöra vad de utvecklas till senare i tid och rum.

"Vårt arbete är ett steg mot att förstå dessa mystiska föremål", beskriver han. De kan hjälpa oss att förstå hur de första svarta hålen bildades och utvecklades tillsammans med galaxer i det tidiga universum, säger han.

Jag upprepar som jag tidigare beskrivit i tidigare inlägg. För min del anser jag att Little Red Dots inte är galaxer med stjärnor utan är de första svarta hålen och slukar stora mängder av gas och stoft. Stoff och gas som inte det svarta hålet kunnat dra till sig på grund av avståndet bildar den första generationen av stjärnor bestående av väte längre fram i tiden blir centrum för nya stjärnor och galaxer.

En kollison mellan två galaxer

 

Bild https://www.eso.org  Astronomer har för första gången bevittnat en våldsam kosmisk kollision där en galax genomborrar en annan under intensiv strålning.

Två galaxer ses störa varandra därute. Om och om igen rusar de mot varandra i hastigheter av 500 km/s på  våldsam kollisionskurs, bara för att utdela ett snabbt slag innan de retirerar och påbörjar ytterligare en runda. ”Av denna anledning går detta system under smeknamnet det ’kosmiska tornerspelet’”, beskriver en av studiens forskningsledare, Pasquier Noterdaeme vid Institut d'Astrophysique de Paris, Frankrike och det fransk-chilenska laboratoriet för astronomi i Chile. Men dessa galaktiska ryttare är inte direkt ridderliga och en av dem har en mycket orättvis fördel då den använder en kvasar för att genomborra sin motståndare med en spjutliknande stråle.

Kvasarer är de ljusstarka kärnorna i vissa avlägsna aktiva galaxer drivna av supermassiva svarta hål vilka frigör enorma mängder energi. Både kvasarer och kolliderande galaxer var mycket vanligare i universums första miljarder år. Därför riktar astronomer teleskop mot det avlägsna förflutna för att undersöka dem. Ljuset ovan nämnt "kosmiskt tornerspel" har tagit över 11 miljarder år att nå oss. Detta innebär att vi ser händelsen så som det såg ut när universum var 18 % av sin nuvarande ålder.

"Här ser vi för första gången effekten av en kvasars strålning på gasen i en i övrigt ordinär  galax", förklarar den andre av studiens två forskningsledare, Sergei Balashev vid Ioffe-institutet i Sankt Petersburg, Ryssland. De nya observationerna indikerar att strålningen som frigörs av kvasaren stör gas- och stoftmolnen i den andra galaxen och lämnar endast de minsta och tätaste regionerna kvar. Dessa regioner är sannolikt för små för att här ska kunna bildas stjärnor, en dramatisk transformation som denna resulterar i färre stjärnor i den skadade galaxen (galaxen som genomborras av den energirika strålen från den andra galaxens kvasarutkast).

Balashev förklarar att "dessa kosmiska kollisioner tros ge enorma mängder gas till de supermassiva svarta hål som finns i galaxernas centra." I det kosmiska tornerspelet finns nya bränslereserver inom räckhåll för det svarta hål som driver kvasaren. Allt eftersom det svarta hålet drar till sig mer materia kan kvasaren fortsätta sin skadliga attack.

Forskarnas resultat, publicerades i dagarna i tidskriften Nature  I den studien kombinerades observationer från European Southern Observatory's Very Large Telescope (ESO:s VLT) och Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), vilket avslöjade intrikata detaljer i denna galaktiska strid.

Ny teori om galaxer där stjärnor bildas

 

Bild https://showme.missouri.edu   I bilden från rymdteleskopet Hubble syns både blå och röda galaxer. Foto: ESA/Hubble & NASA, J. Dalcanton, Dark Energy Survey/DOE/ FNAL/DECam/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA Erkännande: L. Shatz

Astronomer brukar gruppera galaxer i två olika kategorier: Där merparten av stjärnor är blå klassificeras som unga galaxer där det bildas mycket stjärnor och röda som äldre och innehåller gamla stjärnor här har stjärnbildning nästan helst upphört. Nya stjärnor är oftast blå röda är åldrade beroende på fusions början eller avtagande.

Nu utmanar biträdande professor Charles Steinhardt vid University of Missouri den traditionella förståelsen av galaxer genom att föreslå en tredje kategori: röda stjärnbildningar. De passar inte perfekt in i det vanliga blå eller röda de kan ses som mellanting av blå och röda gamla

"Röda stjärnbildande galaxer producerar främst stjärnor med låg massa, vilket gör att de ser röda ut trots att stjärnor fortfarande föds", beskriver han. (det tredje slaget av galax han beskriver) – Den här teorin utvecklades för att ta itu med inkonsekvenser med de traditionella observerade förhållandena mellan svarta håls massa och stjärnors massa och de olika initiala massfunktionerna i blå och röda galaxer. Två problem som inte kan förklaras av åldrande eller sammansmältning ensamt. Men vad vi lärde oss är att de flesta av de stjärnor vi ser idag kan ha bildats under andra förhållanden än vi tidigare trott.

Steinhardts forskning tyder på att galaxer som bildar röda stjärnor kan ha spelat en mycket större roll i universums historia. Detta kan förändra vår nuvarande förståelse av hur galaxer utvecklas, de processer som formar dem och hur vi ser på stjärnbildning genom universums historia.

– Existensen av dessa galaxer kan betyda att universum har bildat betydligt fler stjärnor än vad man tidigare trott, beskriver han. Det stöder idén att galaxers livscykel är mer komplex än en enkel utveckling från blått till rött och dött, beskriver han.

Traditionellt är man känd för att ha utvecklat galaxer antingen genom gradvis åldrande eller genom att smälta samman, där kollisionerna kan utlösa utbrott av nya stjärnor. Därför har astronomer länge varit förbryllade över post-starburst-galaxer, som plötsligt slutar bilda nya stjärnor efter en kort period av intensiv stjärnbildning. Den vanliga teorin är att två galaxer kolliderar och orsakar en snabb explosion av nya stjärnor innan energin tar slut och blir tyst.

En del av dessa galaxer kan långsamt ha bildat små, röda stjärnor i stället för att uppleva en plötslig explosion av stjärnbildning. Om det är sant, säger han, kan vi behöva ändra hur vi definierar galaxer eftersom vissa kan tillhöra en annan kategori av röda stjärnbildningsgalaxer (se ovan på traditionell klassificering).

I framtiden planerar Steinhard och hans studenter vid Mizzous institution för fysik att genomföra mer avancerade tester för att ytterligare undersöka stjärnbildande galaxer. Junior Mathieux Harper och ett team av studenter kommer att leta efter fler bevis för att stödja idén att vissa galaxer efter starburst faller inom den nyligen föreslagna kategorin. Carter Meyerhoff och Zach Borowiak kommer att leda ett forskningsprojekt där data från ESA:s Gaia-satellit  används till att studera över två miljarder stjärnor i Vintergatan.

Dolda galaxer

 

Bild https://www.ras.ac.uk  SPIRE Dark Field-bildkartan skapades genom att kombinera de blå (250 mikrometer), gröna (350 mikrometer) och röda (500 mikrometer) SPIRE-kamerakanalerna där varje kanal staplar totalt 141 enskilda bilder ovanpå varandra. Fläckarna på bilden är alla enskilda galaxer eller grupper av galaxer. Bilden är dock så sammanslagen att det nästan inte finns något tomt utrymme för de svagast lysande galaxerna som istället smälter samman i bakgrundsljuset på kartan. Kredit Chris Pearson et al. Typ av licens (CC BY 4.0).

Astronomer har sett tillbaka i tiden för att hitta vad som ser ut som en population av "dolda" galaxer vilka kan vara nyckeln till att avslöja några av universums hemligheter.

Om deras existens bekräftas skulle det "effektivt bryta nuvarande modell av galaxantal och utveckling". De möjliga galaxerna kan också utgöra den saknade pusselbiten för den energiproduktion som ses i universum i infrarött ljus.

Det beror på att det kombinerade ljuset skulle vara tillräckligt för att fylla på universums energibudget till det maximum vi observerar vilket i praktiken skulle stå för all återstående energiemission som ses vid dessa långa våglängder.

Möjliga bevis för galaxerna existens som ses i infrarött ljus upptäcktes på den hittills tagna djupaste tagna bild som någonsin tagits av universum i långa våglängder i infrarött ljus och som innehåller nästan 2 000 avlägsna galaxer.

Dr Chris Pearson, från STFC RAL Space, är huvudförfattare till en av två artiklar som publicerats i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. "Vi använde statistiktekniker för att komma till dessa hittills dolda galaxer, genom att analysera de suddigaste delarna av bilden för att undersöka och modellera den underliggande fördelningen av galaxer som inte var för sig kan urskiljas i den ursprungliga bilden", beskriver Varnish, som genomförde sin forskning som student vid Imperial College London och som var sommarpraktikant vid RAL Space.

– Vad vi fann var möjliga bevis för en helt ny, oupptäckt population av ljussvaga galaxer dolda i bildens suddighet och som var för ljussvaga för att kunna upptäckas med konventionella metoder i den ursprungliga analysen.

"Om resultatet bekräftas kommer den nya population att effektivt knäcka alla våra nuvarande modeller för galaxers antal och utveckling. "Forskarna hoppas nu kunna bekräfta existensen av den potentiella nya grupp av galaxer med hjälp av teleskop som kan se på andra våglängder.

Deras mål är att dechiffrera naturen hos dessa ljussvaga, dammiga objekt och deras betydelse i det stora hela för vårt universums utveckling. Det var Herschel Space Observatory  som fick i uppdrag att observera universum i infrarött ljus, med sitt SPIRE-instrument som upptäckte objekten på de allra längsta våglängderna. 

Liksom alla vetenskapliga instrument i rymden krävde SPIRE-instrumentet också regelbunden service för kalibrering och rutinmässig observation på en enda fläck av universum ungefär en gång i månaden under det fyraåriga uppdraget.

Herschel innehade rekordet för det största infrarödsökande rymdteleskopet någonsin, fram till uppskjutningen av James Webb Space Telescope 2021.

Astrofysikern Dr David Clements vid Imperial College London, som var involverad i forskningen, tillägger: "Dessa resultat visar hur värdefullt Herschel-arkivet är. "Vi får fortfarande fantastiska nya resultat mer än 10 år efter att satelliten slutade fungera.

Mer än en million galaxers position

 

Bild PAUcam-kameran som är installerad på William Herschel-teleskopet (WHT) i La Palma, Spanien. Upphovsman: PAUS-teamet.

Physics of the Accelerating Universe Survey (PAUS), ett internationellt samarbete mellan 14 institutioner, täckte med PAUcam-kameran en yta av 50 kvadratgrader, ungefär lika med  250 fullmånar. Genom detta kunde man då bestämma avståndet till galaxer med oöverträffad precision med hjälp av den specialdesignade PAUCam-kameran på 4,2-metersteleskopet William Herschel Telescope (WHT) i La Palma, Spanien. Detta inkluderade galaxer som finns mer än 10 miljarder ljusår bort. Professor Benjamin Joachimi vid UCL Department of Physics & Astronomy, förklarade att PAUS "kombinerar fördelarna med fotometriska och spektroskopiska kartläggningar".

Joachimi beskriver det som: "att vi vi tar bilder på alla  synliga objekt på himlen genom att sätta smala våglängdsfilter på kameran så vi vet att ljuset vi samlar in kommer från en viss del av spektrumet. Genom att använda 40 sådana filter kan vi rekonstruera en lågupplöst version av en galax spektrum.

Kartläggningen gör det möjligt  att utforska hur galaxer är kopplade till sin omgivning vilken till största delen består av mörk materia (enligt nuvarande paradigm) och att förstå hur långt bort galaxer av en viss typ och ljusstyrka finns vilket hjälper till att göra mer exakta kartläggningar är hittills gjorts.

Den nya galaxkatalogen visar mer exakta kartor för att förstå hur strukturer bildas i universum och för att studera universums expansion under påverkan av (det man kallar) mörk materia och mörk energi.

Mörk energi (enligt nuvarande paradigm) tros utgöra cirka 70 % av universum och är ansvarig för universums accelererande expansion men dess natur är fortfarande ett mysterium.

Samarbetet var under ledning från  Institute of Space Sciences (ICE-CSIC), med stöd av Spaniens ministerium för vetenskap, innovation och universitet. Data samlades in under 200 nätter mellan 2015 och 2019. Katalogen finns nu tillgänglig på PAUS:s webbplats och på webbportalen CosmoHub.

Professor Enrique Gaztañaga, chef för PAU Survey vid University of Portsmouth, ICE-CSIC och Institute of Space Studies of Catalonia (IEEC), beskriver: "PAU Survey erbjuder ett banbrytande tillvägagångssätt för att skapa kosmiska kartor vilket möjliggjorts genom design och utveckling av ett nytt instrument och en dedikerad kartläggning av att samla in och analysera data på ett sätt som aldrig gjorts tidigare. Det har varit ett privilegium att samarbeta med en så begåvad och pålitlig grupp."

Katalogen beskrivs i detalj i två artiklar som publicerats i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS): en om mätning av avstånd och en annan om kalibrering av PAUS-data.

David Navarro-Gironés, doktorand vid ICE-CSIC och huvudförfattare till en av de nya artiklarna, beskriver: "Den stora fördelen med PAUS är att det möjliggör mycket exakta avståndsmätningar. Denna nivå av precision är avgörande för att studera universums struktur vilket i sin tur kräver data av ett stort antal galaxer.

Nio år efter sitt första igångsättande 2015 kan PAUS nu mäta avstånden till ett stort antal avlägsna galaxer med en relativ precisionavikelse på 0,3 procent. Teamet använder för närvarande dessa data för att förbättra kalibreringen av tidigare kosmologiska undersökningar.

Den felande länken till de första stjärnorna

 

Bild ESA  på Galaxen GS-NDG-9422

Genom att se in i det tidiga universum med NASA:s James Webb Space Telescope har astronomer hittat en galax med en udda ljussignatur som lyser starkare än galaxens stjärnor tillsammans skulle göra. Galaxen GS-NDG-9422 finns ungefär en miljard år efter bigbang och kan vara en felande länk i galaxers utveckling. Tiden mellan universums första stjärnor och galaxers bildande med stjärnor som dagens.

"Min första tanke när jag tittade på galaxens spektrum var 'något är konstigt', vilket är precis vad Webb-teleskopet var designat för att hitta: okända fenomen i det tidiga universum som ska hjälpa oss att förstå hur den kosmiska historien började", beskriver forskaren Alex Cameron vid University of Oxford.

Cameron tog kontakt med kollegan Harley Katz, som är teoretiker för att diskutera det märkliga fyndet. Genom att arbeta tillsammans fann  teamet  datormodeller av kosmiska gasmoln som värms upp av mycket heta massiva stjärnor i en sådan utsträckning att gasen lyste starkare än stjärnorna i en galax. Datamodellen blev nästan en perfekt matchning med Webbs observation.

"Det ser ut som att dessa stjärnor måste vara mycket varmare och mer massiva änr stjärnor är i det nutida universum, vilket är logiskt eftersom det tidiga universum var en mycket annorlunda miljö", beskriver Katz, vid Oxford och University of Chicago.

I dagens universum har typiska heta, massiva stjärnor en temperatur som sträcker sig mellan 40 000 till 50 000 grader Celsius. Enligt teamet har galax GS-NDG -9422 stjärnor som är varmare än 80 000 grader Celsius.

Forskargruppen misstänker att galaxen befinner sig mitt i en kort fas av intensiv stjärnbildning inuti ett moln av tät gas där det produceras ett stort antal massiva, heta stjärnor. Gasmolnet träffas av så många fotoner av ljus från stjärnorna så det lyser extremt starkt.

Förutom att det är nytt är det spännande med nebulosor (gasmoln) som lyser så starkt är det förutspått att miljön för universums första generation av stjärnor, som astronomer klassificerar som population III-stjärnor (bestående av nästan enbart väte och helium).

– Vi vet att den här galaxen inte har Population III-stjärnor, eftersom Webbs data visar för mer kemisk komplexitet. Dessa stjärnor är annorlunda än vad vi är bekanta med (från denna tid) de exotiska stjärnorna i den här galaxen kan vara en guide för att förstå hur galaxer övergick från urstjärnor till de typer av galaxer med stjärnor vi känner till av idag, beskriver Katz.

Vid det här laget är denna galax ett exempel på denna fas av galaxers utveckling, men det finns fortfarande många frågor att besvara. Är dessa förhållanden vanliga i galaxer vid den här tidsperioden, eller är de sällsynta? Vad mer kan de visa om ännu tidigare faser av galaxers utveckling? Cameron, Katz och deras forskarkollegor arbetar aktivt med att identifiera fler galaxer att lägga till denna population för att bättre förstå vad som hände i universum under den första miljarden år efter big bang.

Mycket verkar bekräfta att denna galax är en felande länk mellan de allra första stjärnorna som bestod av nästan enbart väte och helium och dagens stjärnor som uppkom efter supernovor och består av järn mfl metaller .

Den första mörka energin kan lösa de två gåtfullaste frågorna inom kosmologi

 

Bild wikipedia Universums storskaliga sammansättning enligt en analys av data från WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) (Explorer 80) ett NASA-rymdteleskop som hade som uppgift att mäta den kosmiska bakgrundsstrålning som har sitt ursprung av Big Bang.

En gåta är "Hubbles lag", som hänvisar till en obalans i mätningsresultat av hur snabbt universum expanderar. Den andra handlar om observationer av många tidiga, ljusstarka galaxer som existerade vid en tidpunkt då det  inte borde funnits galaxer och som visar sig äldre än universum.

Nu har MIT-teamet (Massachusetts Institute of Technology) funnit att båda gåtorna skulle kunna lösas om det tidiga universum innehöll mörk energi. En okänd form av energi som fysiker misstänker får universum att expandera och ge en fortsatt ökning av denna än idag. Tidig mörk energi är ett liknande, hypotetiskt fenomen som bara kan ha gjort ett kort framträdande och påverkat universums expansion i dess första ögonblick innan det försvann helt. Inte att förväxla med mörk energi som senare dök upp (kanske omvandlades den tidiga mörka energin till den som sedan finns, om nu denna energi  existerat eller existerar)

Vissa fysiker har misstänkt att tidig mörk energi kan vara nyckeln till att lösa Hubbles lag eftersom denna mystiska kraft skulle kunna påskynda universums tidiga expansion och förklara de två nämnda gåtorna ovan.

Forskarna har nu funnit att tidig mörk energi också kan förklara det förbryllande antalet ljusstarka galaxer som astronomer har observerat i det unga universum. I sin nya studie, som publicerats i dagarna i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society har forskarna genom datormodellering visat hur galaxer bildades under universums första hundra miljoner år. Och hur de inkorporerade en mörk energikomponent bara under den tidigaste tidremsan, de fann  att antalet galaxer som uppstod ur den ursprungliga miljön blommade ut och passa in i astronomernas observationer.

"Du har de här öppna pusslen, beskriver Rohan Naidu, postdoktor vid MIT:s Kavliinstitut för astrofysik och rymdforskning och en av studiens författare. "Vi finner att tidig mörk energi faktiskt är en mycket elegant lösning på två av  gåtorna inom kosmologi som är mest intressanta."

Baserat på vanliga kosmologiska modeller och galaxbildningsmodeller borde det tagit tid för universum att bilda de första galaxerna. Det borde tagit miljarder år för urgasen att bilda stjärnor till ett antal galaxer lika stora och ljusstarka som Vintergatan. Men likväl fanns de bara några 100tal miljoner efter BigBang.

2023 gjorde NASA:s James Webb Space Telescope (JWST) en häpnadsväckande observation. Teleskopet som har förmågan att blicka längre tillbaka i tiden än något annat observatorium kan upptäckte då ett överraskande antal ljusstarka galaxer lika stora som Vintergatan under de första 500 miljoner åren efter BigBang då universum bara var 3 procent av sin nuvarande ålder.

För fysiker innebär observationerna att det antingen är något fundamentalt fel med fysiken som ligger till grund för kosmologin eller att det saknas en ingrediens i det tidiga universum som forskarna inte har tagit hänsyn till. MIT-teamet undersökte möjligheten av det senare och kom fram till att den saknade ingrediensen kan vara tidig mörk energi.

Fysiker har föreslagit att tidig mörk energi är en sorts antigravitationskraft som aktiveras vid universums första tid. Denna kraft skulle motverka gravitationens dragning inåt och påskynda universums tidiga expansion, på ett sätt som skulle lösa obalansen i mätningarna. Tidig mörk energi anses därför vara den mest sannolika lösningen på Hubblespänningen.

MIT-teamet undersökte om tidig mörk energi också kan vara nyckeln till att förklara den oväntade populationen av stora, ljusstarka galaxer som upptäckts av JWST i det tidiga universum. I studien har fysikerna undersökt hur tidig mörk energi kan påverka den tidiga strukturen i universum som gav upphov till de första galaxerna. De fokuserade på bildandet av halos av mörk materia – områden i rymden där gravitationen råkar vara starkare och där materia börjar ackumuleras.

"Vi tror att halos av mörk materia är universums osynliga skelett", förklarar Shen. – Strukturer av mörk materia bildas först och sedan bildas galaxer inuti dessa strukturer. Så vi förväntar oss att antalet ljusstarka galaxer borde vara proportionellt mot antalet stora halos av mörk materia.

Fysiker har fastställt att det finns minst sex huvudsakliga kosmologiska parametrar, varav en är Hubblekonstanten - en term som beskriver universums expansionshastighet. Andra parametrar beskriver densitetsfluktuationer i den ursprungliga soppan, omedelbart efter Big Bang ur vilken halos av mörk materia så småningom bildades.

MIT-teamet resonerade att om tidig mörk energi påverkar universums tidiga expansionshastighet på ett sätt som löser upp Hubblespänningen kan det påverka balansen mellan de andra kosmologiska parametrarna på ett sätt som kan öka antalet ljusstarka galaxer som dyker upp i tidigt skede. För att testa sin teori inkorporerade de en modell av tidig mörk energi (samma som råkar lösa upp Hubblespänningen) i ett empiriskt ramverk för galaxbildning för att se hur de tidigaste strukturerna av mörk materia utvecklas och ger upphov till de första galaxerna.

– Vad vi visar är att skelettstrukturen i det tidiga universum förändras på ett subtilt sätt där amplituden av fluktuationer ökar och man får stora halos och ljusstarkare galaxer som är på plats vid tidigare tidpunkter än man tidigare ansett,  beskriver Naidu. "Det betyder att saker och ting var rikligare och mer samlade i det tidiga universum."

– A priori hade jag inte förväntat mig att förekomsten av JWST:s tidiga ljusstarka galaxer skulle ha något att göra med tidig mörk energi. Men observationen visar kosmologiska parametrar i en riktning som ökar förekomsten av tidiga galaxer är intressant, beskriver Marc Kamionkowski, professor i teoretisk fysik vid Johns Hopkins University. Jag tror att mer arbete kommer att behöva göras för att etablera en koppling mellan tidiga galaxer och tidig mörk energi men oavsett hur det går är det en intressant och förhoppningsvis i slutändan fruktbar sak att testa, beskriver Kamionkowski, vilken dock ej själv var med i studien.

"Vi demonstrerade potentialen hos tidig mörk energi som en enhetlig lösning på de två stora frågorna som kosmologin står inför. Detta kan vara ett bevis för dess existens om resultaten från JWST konsolideras ytterligare, avslutar Vogelsberger. I framtiden kan vi införliva detta i stora kosmologiska simuleringar för att se vilka detaljerade förutsägelser vi får.

Studiens medförfattare inkluderade huvudförfattaren och Kavli-postdoktorn Xuejian (Jacob) Shen, och MIT-professorn i fysik Mark Vogelsberger, tillsammans med Michael Boylan-Kolchin vid University of Texas i Austin och Sandro Tacchella vid University of Cambridge.

Om det finns mörk materia och mörk energi måste det enligt mig bildats vid BigBang likt vanlig energi och vanlig materia. Men jag anser att all form av energi och materia är av samma slag men olika former vi ännu ej förstår. Men för att förklara varför det anses finnas två slags energi och materia måste vi börja att på allvar tänka utifrån strängteorins fysik. Jag tror att strängteorin är svaret på hur allt hänger samman. 

Galaxer utvecklades snabbare än man tidigare ansett.

 

Under ledning av Forskare vid Durham University för Extragalactic Astronomy har ett internationellt forskarlag hittat bevis på att stjärnor i stavformation  bildades i galaxer när universum endast var några miljarder år gammalt. Vi lever själva i en en sådan stavformation i vår Vintergatan.

Stavar är långsträckta remsor av stjärnor som finns i skiv- eller spiralgalaxer som vår Vintergata.

När stjärnstaplar utvecklas reglerar de stjärnbildningen i en galax och trycker in gas i galaxens centrala region. Deras närvaro visar forskarna att galaxerna har gått in i en stadgad, mogen lugnare fas.

Forskargruppen använde i studien James Webb Space Telescope (JWST) för sin upptäckt.

Tidigare studier som gjorts med det mindre kraftfulla rymdteleskopet Hubble har kunnat upptäcka stavbildande galaxer i en ålder av åtta - nio miljarder år (efter BigBang) medan Webbteleskopet kan se betydligt längre ut (och bak i tiden mer än 10 miljarder ljusår  bort till tiden då universum var endast några miljarder år gammalt. Universums ålder beräknas till ca 14 miljarder år.)  i rymden och därmed äldre galaxer. 

Av 357 observerade skivgalaxer såg forskarna att 20 procent av dessa hade stavformationer bestående av stjärnor – tre till fyra gånger fler hittades än vad Hubble observerat. Forskarna beskriver att det faktum att galaxer i det unga universum mognade mycket snabbare (blev till större galaxer) än man trott överraskar.

I det skedet skulle man kunna förvänta sig att universum skulle vara mycket turbulent med många kollisioner mellan galaxer och mycket gas som ännu inte omvandlats till stjärnor, men den senaste forskning tyder på att så inte var fallet.

Detta innebär att forskare kan behöva ompröva sina teorier om galaxernas utveckling i de tidiga stadierna av universums bildande.

Bild https://www.rawpixel.com/ Utsikt över Vintergatan över Cathedral Rock, sett från Cathedral Rock Trailhead på Back O' Beyond Road, Coconino National Park, Sedona, Arizona, 30 april 2017.

Galaktiska föroreningar från en explosion

 

En grupp av internationella forskare har studerat galaxen NGC 4383 (som finns i riktning mot stjärnbilden Jungfrun 74 miljoner ljusår bort) i den närliggande Virgohopen och avslöjat ett gasutflöde som är så stort att det skulle ta 20 000 år för ljuset att färdas från den ena sidan till den andra.

Detta gasutflöde är resultatet av extremt kraftiga stjärnexplosioner (supernovor) i galaxens centrala delar som kastat ut enorma mängder väte och tyngre grundämnen. Massan av utslungad gas motsvarar över 50 miljoner solar beräknat på  vår sols massa. Studiens huvudförfattare Dr Adam Watts, från University of Western Australia-noden vid International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR), beskriver att mycket lite är känt om utflödenas fysik och egenskaper eftersom utflöden var mycket svåra att upptäcka och därmed är svåra att analysera.

– Den utkastade gasen är ganska rik på tunga grundämnen vilket ger oss en unik bild av den komplexa processen av en blandning av väte och metaller i den utströmmande gasen. I det här fallet kan vi hittills detektera syre, kväve, svavel mfl kemiska grundämnen.

Gasutflöden är avgörande för att reglera hur snabbt och hur länge det i galaxer kan bildas stjärnor. Gasen som kastas ur dessa explosioner (supernovor) förorenar utrymmet mellan stjärnorna i en galax och även mellan galaxer och kan sväva i det intergalaktiska mediet för evigt. ICRAR-forskarna (International Centre for Radio Astronomy Research) professorerna Barbara Catinella och Luca Cortese, medförfattare till studien och en av ledarna för MAUVE-instrumenet, beskriver: "Vi designade MAUVE för att undersöka hur fysiska processer som gasutflöden kan stoppa stjärnbildningen i galaxer."

 ICRAR är ett samarbete mellan Curtin University och University of Western Australia, med finansieringsstöd från delstatsregeringen i Western Australia. Centrets huvudkontor lfinns vid UWA och har forskningsnoder vid både UWA och Curtin University.

Upptäckten av gasflödet ovan publiceras i dagarna i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Bild https://www.icrar.org/outflows/ Gas (i rött, upptill och nedtill) kastas ut från den närbelägna galaxen NGC 4383. Upphovsman: Watts et al, 2024

Varför stjärnorna i galaxer av hög ålder rör sig kaotiskt

 

Ett internationellt forskarlag under ledning från det australiska forskningscentret ASTRO 3D rapporterar att galaxers ålder förändrar hur stjärnorna rör sig i dessa.

Unga galaxer kännetecknas av att stjärnorna i dessa roterar i ett ordnat mönster. Med undantag av att en mindre del av dem som rör sig mer slumpmässigt. Medan stjärnor i äldre galaxer rör sig mer kaotiskt. Fram tills nu har forskare varit osäkra på vad som orsakar rörelse och åldersförändring i galaxer. De har diskuterat om det kan vara den omgivande miljön eller galaxens massa som är anledningen.

"När vi gjorde analysen fann vi att ålder  hur vi än undersöker med skilda parametrar är den viktigaste anledningen", beskriver huvudförfattaren till studien Prof Scott Croom, en ASTRO 3D-forskare vid University of Sydney och tillägger. ”När man tar hänsyn till ålder finns det i princip ingen miljötrend, och det är likadant för massa (som påverkar lika mycket). Om du hittar en ung galax kommer den att rotera, oavsett vilken miljö den befinner sig i och om du hittar en gammal galax kommer den att ha fler slumpmässiga banor, oavsett om den finns i en tät miljö av damm och gas eller i ett tomrum."

I unga galaxer sker stor stjärnbildning (här finns mycket råmaterial för detta i form av gas och damm) medan stjärnbildningen upphör i de äldre galaxerna (här finns mindre av damm och gas men många stjärnor).

– Vi vet att åldern påverkar miljön. Om en galax faller in i en tät miljö (av stjärnor) tenderar den att stänga av stjärnbildningen (här finns många stjärnor men inte så mycket gas och damm för stjärnbildning). Galaxer i stjärnrika miljöer är i genomsnitt äldre, beskriver van de Sande.

Vintergatan, har fortfarande en tunn stjärnbildande skiva, så den anses fortfarande vara en rotationsgalax med högt spinn.

– Men när vi ser på Vintergatan i detalj ser vi något som kallas Vintergatans tjocka skiva. Den är inte dominerande när det gäller ljus men den finns där och det ser ut att vara äldre stjärnor här som mycket väl kan ha värmts upp i den tunna stjärnrika skivan vid tidigare tidpunkter eller uppstått av hög turbulent rörelse i det tidiga universum, beskriver professor Croom.

Studien publicerades i dagarna i MNRAS (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society). I studien beskrivs att stjärnornas tendens att ha slumpmässiga rörelser främst beror på galaxens ålder vilket ger slumpartade stjärnrörelser (vanligare i äldre  galaxer ).

 I forskargruppen ingick även forskare från Macquarie University, Swinburne University of Technology, University of Western Australia, Australian National University, University of New South Wales, University of Cambridge, University of Queensland och Yonsei University i Sydkorea.

Forskarna använde data från observationer som gjorts inom ramen för SAMI Galaxy Survey. SAMI-instrumentet vilket byggdes 2012 av University of Sydney och Anglo-Australian Observatory (numera Astralis). SAMI använder Anglo-Australian Telescope vid Siding Spring Observatory, nära Coonabarabran, New South Wales. Den har kartlagt 3000 galaxer i ett stort antal miljöer.

(Förslagsvis kanske man skulle undersöka om rörelseökningen av stjärnor i äldre galaxer kan bero på att här inte finns så mycket materia för stjärnbildning och detta tomrum accelererar stjärnors rörelse i tomrummet. Ingen gravitation från detta material bromsar längre stjärnors rörelser. Istället får det stjärnrika men mellan dessa stjärnor tomrummet och bristen på gas och damm gravitationen från skilda stjärnor stjärnor att röra sig kaosartat)

Bild https://astro3d.org.au/ som visar jämförelse mellan en ung (överst) och gammal (nederst) galax som observerats som en del av SAMI Galaxy Survey. Subaru-källa: Bild från Hyper Suprime-Cam Subaru Strategic Program

49 tidigare okända galaxer upptäckta under tre timmar.

 

Ett internationellt team astronomer har upptäckt 49 tidigare okända gasrika galaxer med hjälp av radioteleskopet MeerKAT i Sydafrika.

Dr Marcin Glowacki vid Curtin University-noden vid International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) i västra Australien var forskningsledare i projektet vars mål var att studera den stjärnbildande gasen i en radiogalax. Även om teamet inte hittade någon stjärnbildande gas i just den galax de studerade, upptäckte Dr Glowacki istället 49 andra gasrika galaxer när de senare analyserade den insamlade datan.

Dr Glowacki säger att detta är ett bra exempel på hur fantastiskt ett instrument som MeerKAT är på att hitta stjärnbildande gas i galaxer.

Observationerna varade i mindre än tre timmar ochinkluderade IDIA (Inter-University Institute for Data Intensive Astronomy).

"Jag förväntade mig inte att hitta nästan femtio nya galaxer på så kort tid", beskriver Dr Glowacki. Genom att använda olika tekniker för att leta efter galaxer som används i andra kartläggningar av MeerKAT  upptäcktes dessa galaxer och avslöjade dess gasinnehåll.

Galaxerna har informellt fått gruppnamnet 49ers, en referens till guldrushens gruvarbetare i Kalifornien 1849. Dr Glowacki anser att de 49 galaxernas upptäckt är lika värdefulla som guldklimpar på vår natthimmel. Många av galaxerna ligger nära varandra och bildar galaxgrupper och  har identifierats under en enda observation.

Forskningsresultatet publicerades i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: serendipitous discovery of H i-rich galaxy groups with MeerKAT | Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society | Oxford Academic

Bild https://www.curtin.edu.au/ på radioteleskopet MeerKAT som finns i Sydafrika vilket möjliggjorde upptäckten av dessa 49 tidigare okända galaxer. Källa: South African Radio Astronomy Observatory (SARAO)

Svarta hål fanns innan galaxer och stjärnor

 

Svarta hål existerade i tidernas begynnelse och gav upphov till nya stjärnor och galaxbildning visar en ny analys av data från James Webb Space Telescope. Analysen vänder upp och ner på teorin om hur svarta hål format kosmos och utmanar den klassiska förståelsen av att de bildades efter att de första stjärnorna och galaxerna uppstått.

I stället verkar svarta hål dramatiskt ha påskyndat uppkomsten av nya stjärnor under universums första 50 miljoner år. Vi vet att ett stort svart hål finns i mitten av troligen alla galaxer. Överraskningen nu är att de fanns i universums begynnelse och var kanske byggstenar eller frön till de  tidiga galaxerna med dess stjärnor", beskriver huvudförfattaren till en ny studie (publicerad i tidskriften Astrophysical Journal Letters) Joseph Silk, professor vid institutionen för fysik och astronomi vid Johns Hopkins University och Institute of Astrophysics, Paris, Sorbonne University. "Det är en helomvändning jämfört med vad vi ansåg var möjligt tidigare – så mycket att detta nya rön helt kan skaka om vår förståelse av hur galaxer bildas."

"Vi argumenterar nu för att svarta hål strömmar ut krossade gasmoln, förvandlar dem till stjärnor och kraftigt påskyndar stjärnbildningshastigheten", beskriver Silk. – Annars är det väldigt svårt att förstå var dessa ljusstarka galaxer kom från så fort efter BigBang eftersom de vanligtvis är mindre i det tidiga universum. Varför och hur i hela friden skulle annars stjärnor bildats så snabbt?"

Svarta hål är områden i rymden där gravitationen är så stark att ingenting kan undkomma deras dragningskraft, inte ens ljus. På grund av denna kraft genererar de kraftfulla magnetfält som skapar våldsamma stormar, kastar ut turbulent plasma och i slutändan fungerar som enorma partikelacceleratorer, beskriver Silk. Denna process, säger han, är sannolikt anledningen till att Webbs detektorer har upptäckt fler av dessa svarta hål och ljusstarka galaxer än vad forskarna förväntat sig.

"Vi kan inte riktigt se dessa våldsamma vindar eller jetstrålar långt bort i tid och rum, men vi vet att de måste finnas eftersom vi ser många svarta hål redan tidigt i universum", förklarar Silk. – De enorma vindarna som kommer ur de svarta hålen krossar närliggande gasmoln och då uppkommer stjärnor. Det är den felande länken som förklarar varför dessa första galaxer lyser så mycket ljusare än vi förväntat oss. 

Silks team förutspår att det unga universum hade två faser. Under den första fasen påskyndade utflöden från svarta hål stjärnbildningen och i en andra fas avtog utflödena. Några hundra miljoner år efter big bang kollapsade gasmoln på grund av magnetiska stormar från svarta hål och nya stjärnor bildades i en takt som vida översteg den som observeras miljarder år senare i dagens galaxer, beskriver Silk. Skapandet av stjärnor saktades ner eftersom dess kraftfulla utflöden övergick till ett tillstånd av energibesparing, beskriver han, vilket minskar gasen som är tillgänglig för att bilda stjärnor i galaxer.

"Den stora frågan är, vad  vår början var? Solen är en stjärna på 100 miljarder i Vintergatan, och det finns också ett massivt svart hål i mitten av Vintergatan. Vad är kopplingen mellan de två?" undrar han. "Inom ett år kommer vi att ha så mycket bättre data och många av våra frågor kommer att börja få svar."

Uppstod de  första svarta hålen direkt efter BigBang eller var de ursprunget till BigBang? Varifrån kom dessa  utflöden av gas från de svarta hålen i tidens början som bildade de första stjärnorna? Misstanken enligt mig är att de drog in och släppte ut gas genom en koppling mellan ett universum som kollapsat samtidigt som vårt universum uppstod. Tid och rum är relativt.

Bland författarna till studien finns Colin Norman och Rosemary F. G. Wyse från Johns Hopkins; Mitchell C. Begelman of University of Colorado and National Institute of Standards and Technology; och Adi Nusser från Israel Institute of Technology. Teamet stöds av Israel Science Foundation och Asher Space Research Institute, samt Eric och Wendy Schmidt på rekommendation av Schmidt Futures-programmet.

Bild vikipedia NGC 2207 och IC 2163 är två spiralgalaxer på ungefär 80 miljoner ljusårs avstånd från oss som kolliderar med varandra, bilden tagen av Hubbleteleskopet.

Ljusstarka galaxer och mörk materia

 

De första galaxerna tros ha bildats när gravitationen från mörk materia långsamt drog samman tillräckligt med väte och helium för att stjärnor skulle kunna bildas och antändas.

Men nu har ny forskning under ledning av astrofysiker vid UCLA (University of California, Los Angeles) visat att väte- och heliumgasen efter Big Bang studsade i överljudsfart mot täta, långsamt rörliga klumpar av kall mörk materia. När gasen därefter avstannade sin rörelse årtusenden senare bildades stjärnor och som i sin tur bildade små, exceptionellt ljusstarka galaxer.

Om denna modell av kall mörk materia är korrekt borde James Webb Space Telescope kunna hitta fläckar av ljusstarka galaxer i det tidiga universum, vilket skulle kunna möjliggöra det första effektiva testet av dagens teori om mörk materia. Om Webb finner fläckarna måste forskarna utarbeta nya teorier om mörk materia.

Den nya forskningen som resulterat i ovan teori publiceras nyligen i The Astrophysical Journal Letters och den tidigare teorin om mörk materia förbättras genom datasimuleringar genom att lägga till växelverkan mellan mörk materia och gas och finner att det som man ansett första ljussvaga galaxerna kan ha varit mycket ljusare än väntat i början av universums historia i dess bildande. Författarna till studien föreslår att man nu bör försöka hitta små galaxer som är mycket ljusstarkare än förväntat med hjälp av teleskop som Webb-teleskopet. Om de däremot endast hittar ljussvaga galaxer kan en del av deras idéer om mörk materia vara felaktiga.

Mörk materia är en typ av hypotetisk materia som inte växelverkar med elektromagnetism eller ljus. Således är det omöjligt att observera med hjälp av optik, elektricitet eller magnetism. Men mörk materia växelverkar med gravitationen och dess närvaro har härletts från de gravitationella effekter den har på vanlig materia. Vanlig materia utgör hela det observerbara universum. Men tots att 84 procent av all materia i universum tros bestå av mörk materia (ej synlig materia) har den aldrig upptäckts direkt.

Bild https://newsroom.ucla.edu/ En sammansättning av Stephans kvintett, en visuell gruppering av fem galaxer, konstruerad av nästan 1 000 separata bildfiler från James Webb Space Telescope. Astrofysiker vid UCLA tror att om teorierna om kall mörk materia är korrekta, borde Webb-teleskopet hitta små, ljusstarka galaxer i det tidiga universum.

19 närliggande galaxers struktur fotograferade av Webbteleskopet

 

Dessa Webb-bilder ingår i en del av ett stort långvarigt projekt, projektet Physics at High Angular resolution in Nearby GalaxieS (PHANGS). Ett projekt som stöds av mer än 150 astronomer över hela världen. Innan Webbteleskopet tog dessa bilder var PHANGS redan full av data från NASA:s rymdteleskop Hubble, Europeiska sydobservatoriets Very Large Telescope's Multi-Unit Spectroscopic Explorer och Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, inklusive observationer i ultraviolett, synligt och radiovågor. Webbs bidrag i kort- och mellaninfrarött ljus har gett än mer.

"Webbs nya bilder är extraordinära", beskriver Janice Lee, projektforskare för strategiska initiativ vid Space Telescope Science Institute i Baltimore.

 – De är häpnadsväckande även för forskare som har studerat samma galaxer i årtionden. Bubblor och filament är upplösta ner till den minsta skalan som någonsin observerats och visar mer av stjärnbildningscykeln.

Spänningen spred sig snabbt i hela teamet när Webb-bilderna strömmade in. "Det känns som om vårt team lever i ett konstant tillstånd av att bli överväldigade – på ett positivt sätt – av mängden detaljer i dessa bilder", tillade Thomas Williams, postdoktoral forskare vid University of Oxford i Storbritannien. 

Se mer och läs mer om dessa bilder ovan här från https://webbtelescope.org

De första galaxernas form

 

Forskare som analyserade Webbs data fann att de långsmala (surfbrädeliknande) och nålformade galaxerna var mycket vanligare när universum var 600 miljoner till 6 miljarder år gammalt. Närliggande galaxer i tid och rum är ofta tydligt definierade som spiral eller klotformade.

Det är ännu inte klart om de för oss nya galaxformerna har utvecklats vidare under hela den kosmiska tiden till de spiral och klotformer vi ser i vår tid . Framtida forskning krävs för att ta reda på hur galaxernas 3D-geometrier förändrats under mer än 13 miljarder år.

Forskare som analyserat bilder från NASA:s James Webb Space Telescope beskriver att ungefär 50 till 80 procent av galaxerna de studerat verkar vara tillplattade i två dimensioner enligt uttalande av huvudförfattaren Viraj Pandya, NASA Hubble Fellow vid Columbia University i New York.

Vilken kategori skulle vår galax Vintergatan hamna i om vi kunde vrida tillbaka klockan miljarder år? "Vår bästa gissning är att den kan ha sett mer ut som en surfbräda", beskriver medförfattaren Haowen Zhang, doktorand vid University of Arizona i Tucson. Denna hypotes är delvis baserad på nya bevis från Webb – teoretiker som har "vridit tillbaka klockan" för att uppskatta Vintergatans massa för miljarder år sedan, vilket korrelerar med formen vid den tiden.

Dessa avlägsna galaxer är också mycket mindre massiva än närliggande spiral och elliptiska galaxer – de är föregångare till mer massiva galaxer som vår egen. "I det tidiga universum hade galaxer mycket mindre tid på sig att växa", säger Kartheik Iyer, medförfattare och NASA Hubble Fellow vid Columbia University. – Att identifiera ytterligare kategorier för tidiga galaxer är spännande – det finns mycket mer att analysera nu. Vi kan nu studera hur galaxernas former relaterar till hur de ser ut och bättre projicera hur de bildades mycket mer detaljerat.

"Det här är tidiga resultat", säger medförfattaren Elizabeth McGrath, docent vid Colby College i Waterville, Maine. "Vi måste gräva djupare i data för att ta reda på vad som händer över tid, men vi är mycket nöjda över dessa tidiga trender."

Bild vikipedia NGC 1427A är ett exempel på irreguljär galax.

Bild vikipedia NGC 1427A är ett exempel på irreguljär galax.

Galaktisk vind upptäckt i mycket gamla stjärnbildande galaxer

 

I en banbrytande upptäckt har ett internationellt forskarlag under ledning av en CNRS-forskare avslöjat den roll som galaktiska vindar spelar för att reglera tillväxten av galaxer upp till  de som är över 7 miljarder år gamla  och där det aktivt bildas stjärnor. Upptäckten har möjliggjorts genom att instrumentet MUSE integrerats i Europeiska sydobservatoriets Very Large Telescope och det då avslöjats en universell process som har stor betydelse i galaxers utveckling. 

Galaktiska vindar, som genereras av massiva stjärnors explosiva död (supernovor), har länge varit teoretiskt kända. Deras upptäckt var däremot svårfångad på grund av dess diffusa och låga densitet. För att övervinna denna utmaning inledde teamet ett ambitiöst projekt där de kombinerade bilder av mer än hundra galaxer med förlängda exponeringstider.

Nyckeln till upptäckten låg i att studera emissionssignalerna från magnesiumatomer något som  gjorde det möjligt att kartlägga morfologin hos dessa vindar. Resultatet blev  häpnadsväckande. Dessa galaktiska vindar visar sig som koner av materia som kastas ut vinkelrätt från båda sidor av ett galaxplan något som ger viktiga insikter om dess struktur och beteende.

Betydelsen av denna upptäckt kan inte överskattas. Tidigare har galaktiska vindars roll i att begränsa stjärnbildningshastigheten i galaxer endast observerats i Vintergatan. Den nya forskningen utvidgar dock fenomenets räckvidd till galaxer som sträcker sig över mer än 7 miljarder år i ålder, vilket effektivt kategoriserar det som en universell process som styr galaktisk utveckling. Nästa mål är att bestämma omfattningen av dessa galaktiska vindar och kvantifiera mängden materia de transporterar.

Bild https://www.eso.org på ESO:s Very Large Telescope (VLT) vid Panamalobservatoriet. MUSE är ett av de större instrumenten på VLT och är monterat på ett av de fyra 8,2 meter stora huvudteleskopen.