Astronomer oppdager en sverm av galakser som går i bane rundt en hyperlysende galakse

Ved å bruke Very Large Telescope og radioteleskopet ALMA i Chile, har et team av astronomer inkludert forskere fra Niels Bohr Institute oppdaget en sverm av galakser som går i bane rundt omgivelsene til en hyperlysende og kraftig stjernedannende galakse i det tidlige universet. Observasjonen gir viktige ledetråder til hvordan eksepsjonelt lyse galakser vokser, og til hvordan de utvikler seg til energiske kvasarer, som stråler lys over det meste av det observerbare universet.

Et grunnleggende spørsmål innen astronomi er spørsmålet om hvordan galakser danne, vokse og utvikle seg.

Som en del av deres utvikling ser det ut til at de fleste galakser skaper et supermassivt sort hull i sentrum. Disse gravitasjonsmonstrene svelger av og til nærliggende gass og stjerner og spyr ut overflødig energi som kraftige jetfly, et fenomen kjent som en kvasar.

Fra galakse til kvasar

Mange detaljer om overgangen fra “normale” galakser til kvasarer er fortsatt ukjent. Men i en ny studie publisert i Naturkommunikasjonet team av astronomer ledet av Michele Ginolfi ved ESO, Garching, kan ha kommet et skritt nærmere å forstå denne utviklingen.

“Før de utvikler seg til en fullverdig kvasar, antas noen galakser å gå gjennom en fase med å være veldig støvete og veldig “aktive” når det gjelder stjernedannelse og akkresjon av gass på deres sentrale, supermassive sorte hull“, forklarer Ginolfi. “Vi satte oss for å designe et eksperiment for å lære mer om denne overgangsfasen.”

Ginolfi og hans samarbeidspartnere fokuserte på en allerede kjent galakse, W0410-0913, en av de lyseste, mest massive og gassrike galaksene i det fjerne universet, sett 12 milliarder år tilbake i tid.

Støvet varmes opp av energien fra stjernelyset og det sentrale sorte hullet, slik at det gløder og avslører galaksen gjennom det infrarøde lyset. Dette har ført til at denne typen galakser har blitt kalt varmstøvtildekkede galakser (også kjent som «hot DOGs»).

Galakser i 3D

Fordi utviklingen av galakser iboende er knyttet til deres omgivelser, bestemte Ginolfi og teamet hans – hvis kjerne noe atypisk for det meste besto av tidlige karriereforskere – for å observere W0410-0913 med “MUSE”-instrumentet ved Very Large Telescope (VLT) i Chile . Dette avanserte verktøyet tillot dem å studere et område som er 40 ganger bredere enn selve galaksen.

Peter Laursen fra Cosmic Dawn Center i København deltok i studien. Han forklarer: “Observasjonene avslørte at W0410-0913 er omgitt av en sverm på ikke mindre enn 24 mindre galakser. Det kule med MUSE-instrumentet er at vi kan måle ikke bare deres posisjon på himmelen, men også deres avstand langs vår siktlinje. Med andre ord kan vi måle 3D-posisjonene deres.”

Selv om dette innebærer at W0410-0913 befinner seg i en region som er minst ti ganger tettere enn gjennomsnittsuniverset, er dette ikke helt uventet, siden hot DOGs faktisk antas å leve i tette miljøer.

En galaktisk bilulykke

Dessuten, mens W0410-0913 er sett på et tidspunkt da universet var 1/8 av sin nåværende alder, er det allerede ti ganger så massivt som vår egen galakse, Melkeveien. Å dyrke en så stor galakse på så kort tid, og mate et supermassivt sort hull, krever en betydelig tilførsel av ferskt materiale. Alt dette passer godt med det konvensjonelle bildet om at massive galakser vokser ved å samle gass og satellittgalakser, tiltrukket fra det intergalaktiske rommet av deres enorme tyngdekraft.

Faktisk, i et så tett miljø, forventes frekvensen av galakseinteraksjoner og sammenslåing å være veldig høy. Utsatt for et slikt bombardement, ante astronomene at W0410-0913 skulle være et bilvrak av kaotisk virvlende gass og stjerner.

Men ved å grave i gamle observasjoner oppnådd av ALMA-radioantennene som ligger bare 300 km nord-øst for VLT, var Ginolfi og hans kolleger i stand til å måle den indre bevegelsen til gassen inne i W0410-0913.

Og her dukket det opp et helt annet bilde.

Kaster småstein på en glassrute

Overraskende nok avslørte ALMA-observasjonene at W0410-0913 ikke ser ut til å ha blitt forstyrret av interaksjoner med følgegalakser i det hele tatt. Ifølge observasjonene roterer gassen pent og ryddig rundt det sentrale sorte hullet. Ordnet, men utrolig raskt, med hastigheter på 500 km/s.

“Når vi kobler resultatene fra de to svært forskjellige teleskopene, ser vi et bilde av hvordan de mest massive og støvete galaksene kan utvikle seg. Denne typen galakser, et viktig stadium i overgangen fra en støvete og stjernedannende galakse til en kvasar, har en tendens til å vokse i svært tette miljøer,” sier Ginolfi. Likevel, til tross for den forventede hyppige sammenslåingen med andre galakser, er ikke disse gravitasjonsinteraksjonene nødvendigvis ødeleggende – de mater den sentrale galaksen og virvler opp gassen litt, men lar den praktisk talt være intakt. Litt som å kaste små rullesteiner mot en rute med solid glass: du kan skrape det, men vil ikke knuse det …”

Michele Ginolfis observasjoner gir første ledetråder om flerskalaprosessen som driver utviklingen av den sjeldne og ekstreme populasjonen av galakser med varmt støv. De vokser i tette, spesielle habitater, men samspillet med deres følgesvenner kan være skånsomt.

Som en lignelse på denne galaktiske bilulykken, var studien nær ved å ikke bli gjennomført i det hele tatt, da Michele Ginolfi ble sittende fast i en trafikkork i Romas trafikk, og måtte sende inn forslaget ved hjelp av telefonen fra bilen, minutter før fristen gikk ut.

---

---