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.

En ung galax innehållande en mängd av metaller.

 

Astrofysiker som arbetat med JWST(James Webb teleskopet) har hittat en överraskande mängd metall i en ung galax bara 350 miljoner år efter Big Bang.

Ursprunget till universums första metaller är en grundläggande fråga inom astrofysiken. Strax efter Big Bang bestod universum nästan helt av väte det enklaste av grundämnena. Det fanns även lite helium, något litium och möjligen en oändligt liten mängd beryllium. I grundämnenas periodiska system är dessa de fyra första.

Inom astronofysiken kallas alla grundämnen tyngre än väte och helium för metaller. Metaller produceras i stjärnor och ingen annanstans (förutom den lilla mängd som producerades vid Big Bang). Att spåra bildandet av universums metaller från Big Bang till idag är ett av astrofysikens grundläggande strävanden.

Ett forskarlag som arbetar med JADES-observationer (Advanced Deep Extragalactic Survey) upptäckte att galaxen innehåller kol. Eventuellt även syre och neon alla klassade som metaller inom astrofysiken. Resultaten presenterades i en  artikel med titeln "JADES: Carbon enrichment 350 Myr after the Big Bang in a gas-rich galaxy". Huvudförfattare är Francesco D'Eugenio, postdoktoral astrofysiker vid Kavliinstitutet för kosmologi i Cambridge.

De första stjärnorna som bildades i universum kallas Population III-stjärnor (stjärnor uppbyggda helt utan metaller) . De är de äldsta stjärnorna och de var massiva, lysande och heta, och innehöll nästan ingen metall. Den lilla mängd metaller de innehöll kom från de första supernovorna.

Mycket av vår kunskap om Population III-stjärnor är teoretisk eftersom dessa uråldriga stjärnor, i sina uråldriga galaxer, är extremt svåra att observera. Men JWST (Webbteleskopet) är dock kapabel till det. Teleskopet kan inte urskilja enskilda stjärnor, men dess kraftfulla instrument NIRSpec kan upptäcka olika grundämnen i galaxer med hjälp av dess avslöjande ljussignaturer.

Är det verkligen kol i stjärnorna i denna avlägsna, uråldriga galax eller kan det vara något annat som upptäckts? Den uråldriga galaxen har mer än bara stjärnor. Här finns även ett supermassivt svart hål (SMBH). När en SMBH livnär sig på materia kan den blossa upp starkt som en aktiv galaxkärna (AGN. (Asymptotic Giant Branch)) Den ljussignalen kan vara vad JWST ser.

Det finns en annan potentiell källa till kol i galaxer. De är AGB-stjärnor – asymptotiska jättestjärnor. AGB-stjärnor är inte stora explosiva stjärnor som supernovornas föregångare är utan stora stjärnor som har lämnat huvudserien. Jämfört med supernovor som producerar mycket tunga metaller producerar AGB-stjärnor bara lite metaller.

Men det tar lång tid för en stjärna att utvecklas till en AGB-stjärna. När universum bara var 350 miljoner år gammalt hade inga stjärnor funnits tillräckligt länge för att bli AGB stjärnor. AGB-stjärnor kan inte bidra till kolanrikning under dessa tidiga epoker, skriver författarna.

Forskarna rapporterar att kol har upptäckts men kan inte säga exakt var det kommer ifrån. De kan vara arvet från den första generationen supernovor från Population III:s förfäder", skriver de.  Trots all observationstid kan forskarna bara komma fram till preliminära förklaringar till de metaller de upptäckt. Det är inte särskilt praktiskt att använda hela 65 timmars JWST-tid för att studera galaxspektroskopi, men det är vad JWST behöver göra för att få en exakt spektroskopi. Vi får se om denna tid ges i Webbteleskopets agenda där lång tid framåt är fulltecknat.

Bild pxhere.com

Universums tidiga galaxer är ljusstarkare än de teoretiskt borde vara.

 

Med hjälp av James Webb Space Telescope (JWST) har upptäckts att nästan alla universums tidigaste galaxer var fyllda med bländande gasmoln som lyste starkare än de framväxande stjärnorna i molnet. Fenomenet som kan hjälpa till att lösa ett mysterium som hotar nuvarande teori om kosmos.

Galaxer bildades så tidigt som ca 500 miljoner år efter Big Bang, då som oregelbundna mindre stjärnhopar med en ljusstyrka som är svår att förklara: Ljusstyrka av denna storlek borde bara komma kunna komma från massiva galaxer med lika många stjärnor som Vintergatan. Men tidiga galaxer tog form på en bråkdel av den tid en det tog för vår galax att bildas och var lika ljusstarka.

Upptäckten hotar att vända upp och ner på fysikernas förståelse av hur galaxer bildas och  den vanligaste kosmologiska modellen som säger att några miljoner år efter Big Bang (för 13,8 miljarder år sedan) kondenserades energi till materia från vilken de första stjärnorna långsamt bildades.

Men då JWST kom i drift upptäcktes alldeles för många stjärnor i denna tid. Nu har astronomer hittat ett möjligt svar (en ny teori): en stor grupp av 12 miljarder år gamla galaxer, varav nästan 90 procent av dessa var insvepta i ljusstark gas som kan ha antänts av ljuset och hettan från de omgivande stjärnorna vilket utlöste intensiva utbrott av stjärnbildning då gasen svalnade. Den nya forskningsteorin har godkänts för publicering i The Astrophysical Journal.

Vår artikel bevisar att växelverkan med granngalaxerna är orsaken till den ovanliga ljusstyrkan hos tidiga galaxer, beskriver huvudförfattaren Anshu Gupta, astrofysiker vid Curtin University i Australien, till Live Science. Den explosionsartade stjärnbildning som utlöstes av växelverkan kan också förklara de tidiga galaxernas massiva natur, påtalar han.

Växelverkan mellan stjärnor och gas vilket då kan förklara ljusstyrkan.

Astronomer upptäckte de ljusstarka gasmolnen i data som samlats in som en del av JWST:s Advanced Deep Extragalactic Survey, där tre av teleskopets instrument användes för att samla in infraröda bilder av galaxer för spektral analys.

Jag anser att ovan nya teori om växelverkan  är mycket trovärdig.

En bild från https://www.livescience.com   tagen av James Webb Space Telescope av galaxen MACS0647-JD enbart 400 miljoner år efter Big Bang. (Bildkredit: NASA, ESA, CSA, & STScI, APagan (STScI)/ Alamy Live News via Digitaleye)

Galaxers viktiga betydelse under det tidiga universum

 

I det unga universum var gasen mellan stjärnor och galaxer ogenomskinlig. Stjärnljus kunde inte ses från en stjärna till nästa. Vi kan inte se in i denna tid. Men 1 miljard år efter bigbang hade gasen blivit helt genomskinlig.  Det gick att se universums stjärnor likt vi kan se dem i dag.

Nya data från NASA: s James Webb Space Telescope har identifierat orsaken: Galaxernas stjärnor hade då emitterat tillräckligt med ljus för att värma och jonisera gasen runt dem vilket rensade upp joniseringens täta skymning under en tidsrymd av hundratals miljoner år.

Citerar från vikipedia för att förklara hur Webbtelekopet ser. "Teleskopet är ett IR-teleskop vilket innebär att det registrerar infraröd strålning. Det har även förmåga att uppfatta delar av det synliga ljuset. Fördelar med observationer i infrarött är att det är lättare att tränga genom regioner fyllda av rymdstoft samt att kalla objekt som bruna dvärgar och exoplaneter primärt utsänder sin strålning i infrarött. Dessutom blir det betydligt lättare att observera det unga universum eftersom de tidigaste objekten är rödförskjutna på grund av universums expansion". Slut citat.

Studien från en forskargrupp ledd av Simon Lilly från ETH Zürich i Schweiz, är de senaste insikterna om en tidsperiod som kallas återjoniseringstiden 

Forskare har länge sökt definitiva bevis för att förklara omvandlingen. De nya resultaten visar  återjoniseringsperioden. Webbteleskopet visar inte bara tydligt att dessa transparenta regioner fanns runt galaxer, vi har också mätt hur stora de var, beskriver Daichi Kashino från Nagoya University i Japan, huvudförfattaren till lagets första studier. I Webbs data ser vi då hur galaxer återjoniserar gasen runt dem.

Webbs data visar att dessa tidiga relativt små galaxer drev återjoniseringen och rensade massiva områden i rymden runt dem. Under de kommande hundra miljoner åren fortsatte dessa transparenta "bubblor" att växa sig större och större och så småningom smälta samman och få hela universum att bli transparent (och universum möjligt att se). Lillys team riktade avsiktligt in på en tid strax före slutet av återjoniseringeran då  universum inte var helt ljusgenomsläppligt och inte riktigt ogenomskinligt då det innehöll ett lapptäcke av gas i olika tillstånd.

Forskare riktade Webb i riktning mot en kvasar - ett extremt lysande aktivt supermassivt svart hål. 

Denna kvasars ljus färdades mot oss genom skilda gasfält absorberades det antingen av gas som var ogenomskinlig eller rörde sig fritt genom transparent gas. Teamets banbrytande resultat var endast möjliga genom att para ihop Webbs data med observationer från den centrala kvasaren med hjälp av  W. M. Keck-observatoriet på Hawaii och Europeiska sydobservatoriets Very Large Telescope och Magellan-teleskopet vid Las Campanas-observatoriet, sistnämnda i Chile. "Genom att belysa gas längs denna siktlinje ger kvasaren oss omfattande information om gasens sammansättning och tillstånd, beskrev Anna-Christina Eilers från MIT i Cambridge, Massachusetts.

Forskarna använde sedan Webb för att identifiera galaxer nära denna siktlinje och visade att galaxerna i allmänhet är omgivna av transparenta områden med cirka 2 miljoner ljusårs radie. Med andra ord bevittnade Webb galaxer i färd med att rensa utrymmet runt dem i slutet av återjoniseringstiden (och då ses i optiska telekop). För att sätta detta i perspektiv är området som dessa galaxer har rensat ungefär som utrymmet mellan Vintergatan och vår närmaste granne, Andromedagalaxen.

Fram till nu hade forskare inte hittat definitiva bevis på vad som orsakade återjoniseringen först med data från Webbteleskopet förstod man.

Det mest massiva svarta hål som är känt i det tidiga universum väger 10 miljarder gånger mer än solens massa. Vi kan fortfarande inte förklara hur kvasarer kunde växa sig så stora så tidigt i universums historia, skriver Eilers.

Teamets första publikationer inkluderar "EIGER I. ett stort urval av emitterande galaxer vid 5,3 < z < 6,9 och direkta bevis för lokal återjonisering av galaxer", ledd av Kashino, "EIGER II. första spektroskopiska karakteriseringen av unga stjärnor och joniserad gas associerad med stark Hβ- och [OIII]-linjeemission i galaxer vid z = 5 - 7 med JWST", ledd av Matthee, och "EIGER III. JWST/NIRCam observationer av den ultralysande högrödförskjutningskvasaren J0100+2802", ledd av Eilers och som att publicerades i The Astrophysical Journal den 12 juni 2023.

Bild från https://hmn.wiki/sv/Reionization av en Schematisk tidslinje för universum som visar återjoniseringens plats i den kosmiska historien

Inte långt efter BigBang fanns mystiskt nog stora galaxer eller vad är det?

 

James WebbTeleskopet (JWST) fann redan en vecka efter sin lansering den I  juli 2022 en liten röd prick långt därute i tid och rum som kom att skaka om förståelsen av hur och när de första galaxerna bildades efter Big Bang. Efter månader av analys publicerades nyligen en studie av upptäckten i Nature av biträdande professor Erica Nelson vid University of Colorado och Professor Ivo Labbe.

Webbteleskopet upptäckte ultraröda platta objekt i det infrarödfältet vilket är det fält Webbteleskopet arbetar med.

Ultraviolett och synligt ljus från de första stjärnorna och galaxerna som bildades efter Big Bang sträcks ut av universums expansion när det färdas mot oss, så när ljuset når oss ser vi det som infrarött ljus. Beroende på rödförskjutning något som sker med ljus från ett objekt då det är på väg bort från oss genom universums pågående expansion.

De upptäckta galaxerna ser ut som UFO utom en. Efter det att Ivo Labbe sett på denna lilla röda prick på skärmen använde han ett analysprogram på denna galax vilket gav ett avstånd från oss på 13,1 miljarder ljusår och en massa av 100 miljarder stjärnor. Enligt den kunskap vi har om universum är detta omöjligt massiva galaxer så tidigt efter  universums tillblivelse.

Men kan det ha ett samband med de otroligt stora stjärnor som upptäckts under universums tidigaste existens? Se mitt inlägg den 4 mars. Kan galaxerna bestå av ett mindre antal av dessa som bestod av väte och helium stjärnor som var ca 10000 gånger större än vår sol?

Galaxen som undersöktes visade att den fanns redan när universums ålder enbart var 5 % av den nuvarande eller för 13, 8 miljarder år sedan.

Några dagar efter detta fynd hade Ivo Labbe hittat ytterligare sex stycken.

Ivo Labbe begrundar över (säkert även Erica Nelson) över att när vi ser ut i rymden och tillbaka i tiden ser vi "resterna" av fullbildade, mogna galaxer dyka upp till synes från ingenstans cirka 1,5 miljarder år efter Big Bang.

Galaxer där inga stjärnor längre bildas. Stjärnåldrarna i dessa döda galaxer tyder på att de måste ha bildats mycket tidigare i universum, men Hubble har aldrig kunnat upptäcka deras tidigare och aktiva stadier. Nu först med Webbteleskopet är det möjligt..

Tidiga så kallade döda galaxer är galaxer som innehöll lika många stjärnor som Vintergatan, men de var mycket närmre varandra så den galax de fanns i var ca 30 gånger mindre än Vintergatan. De ser ut som extremt krympta versioner av galaxer men med likartad massa.

Det finns dock något man kan fundera över. Dessa små röda prickar har för många stjärnor i ett läge då universum var ungt de borde inte redan då ha uppkommit.

För att producera dessa galaxer så snabbt behöver du nästan all gas i universum för att stjärnor av denna mängd skulle kunna bildas. Något som forskarvärlden ser som omöjligt. Men likväl har upptäckt ha skett.

Det första steget för att lösa detta mysterium är att bekräfta avstånden med spektroskopi, där vi åter undersöker ljuset från var och en av dessa galaxer genom ett prisma och delar upp det i sitt regnbågsliknande fingeravtryck. Detta kommer att berätta avståndet till 0,1 procents noggrannhet. En misstanke finns att avståndsbedömningen blivit missvisande i tid och rum.

Det kommer också då att visa vad ljuskällan är, om det är stjärnor i en galax eller något annat mer exotiskt. Man tänker då på kvasarer.

För ungefär en månad sedan, riktade Webbteleskopet in sig på en av de sex galaxerna och det visade sig då vara en avlägsen babykvasar. En kvasar är ett fenomen som uppstår när gas faller in i ett supermassivt svart hål i mitten av en galax och börjar lysa starkt. Så kanske det inte är galaxer utan kvasarer. https://sv.wikipedia.org/wiki/Kvasar

Om det istället är kvasarer allihop än galaxer är frågan. Kvasarer tror jag är rimligt. Men om det är snabbt samlade stjärnor till galaxer då bör det vara de första jättestjärnorna de innehåller se mitt inlägg från 4 mars om jättestjärnor.

Bild från https://astronomy.com/ som visar de sex galaxerna i sin omgivning

Tre avlägsna grönskimrande galaxer kan lösa ett olöst mysterium

 

Astronomer har med hjälp av James Webb Space Telescope (JWST) upptäckt tre små galaxer som (tillsammans med flera ännu ej upptäckta) kan ha haft betydelse för att utlösa en av de största händelserna i kosmisk historia det som kallas återjoniseringen.

Resultaten, presenterades vid ett möte med American Astronomical Society (AAS) i Seattle, Washington. Studien publicerades nyligen och i dess konklusion finns en troilg förklaring till universums återjonisering. Den period i kosmos då hård strålning slet sönder en "dimma" av väteatomer som en gång fyllde universum i universums tidigaste tid och resulterade i att stjärnor och galaxer blev synliga. Detta skedde i efterdyningarna av Big Bang när universum var bländande ljust.

Restvärmen var då så stor att elektroner inte kunde sammanslås med protoner och bilda atomer. Istället var universum i ett plasmatillstånd - en tät glödande gas av elektriskt laddade (eller joniserade) partiklar som spred sitt ljus ungefär som en fluorescerande glödlampa. Efter cirka 380000 år hade det expanderande universum svalnat tillräckligt så väteatomer kunde bildas. Några av dessa atomer samlades så småningom och bildade de första stjärnorna och galaxerna.

Därefter efter en längre tid bröt energirik strålning isär de intergalaktiska väteatomerna och de blev protoner och elektroner  igen en process som kallas återjoniseringen. Men att jonisera all materia mellan galaxerna innebar en stor energiåtgång och astronomer har länge argumenterat vad denna drivkraft var. Teorier finns att det var stjärnljus från de tidigaste galaxerna eller supermassiva svarta hål med en stark gravitation som drog i materia in mot dem och resulterade i värme.

"En av de stora kosmologiska frågorna är vad var orsaken till återjoniseringen var?" säger Trinh Thuan, astronom vid University of Virginia i Charlottesville.

Den 11 juli 2022  ungefär sex månader efter att JWST lanserades - tog JWST den djupaste och skarpaste bilden av det tidigaste universum som hittills gjorts. Bilden visar en galaxhop kallad SMACS 0723 som finns bland tusentals galaxer som lyser svagt därute. JWST kunde fånga ljuset i infrarött och man såg då hur  universum expanderar bland avlägsna galaxer i tid och rum.  Av de tusentals galaxerna i SMACS 0723-bilden bestämde sig forskare för att göra uppföljande spektroskopiska observationer av tre galaxer som såg ut som om de skulle befinna sig särskilt långt bort. De tre grönskimrande nämnda i rubriken.

När James Rhoads, astronom vid NASA Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, och hans kollegor först såg trions spektra insåg de att galaxerna såg ut som objekt som normalt finns betydligt närmre oss. Galaxerna såg ut som gröna ärter något som först upptäcktes genom ett medborgarvetenskapligt projekt som heter Galaxy Zoo. 

Gröna ärtgalaxer namnges så på grund av sin färg och  storlek. De är bara 5 % av Vintergatans storlek och innehåller 1 % av massan. Men där  spottas ut stjärnor i en enorm takt - ungefär 100 gånger så snabbt som astronomer skulle förvänta sig med tanke på galaxernas massa. De verkar även  innehålla relativt få tunga element. Deras grönaktiga sken kommer från skenet av joniserat syre (ett relativt ljust element) uppvärmt av nya stjärnor. Tiden är då återjoniseringen skett.

Bild flickr.com NASA: s Webbteleskopet visar på universums tidiga galaxer (märkta här).

Så anses galaxer förändras över tid

 

Nu kan forskare ha svaret på en fråga sedan decennier  som handlar om galaxutveckling. De har använt artificiell intelligens (AI)  för att komma framåt i sin forskning och har nu kanske svaret på frågan.

Ända sedan astronomen Edwin Hubble 1926  klassificerade galaxers utvecklingsfaser och gav upphov till  Hubble-sekvensen är galaxmorfologi  ett forskningsområde inom astronomi. Nu har området utvecklats vidare med tillhjälp av AI (artificiell intelligens).

Obs förväxla inte Hubbleteleskopet med den som gett upphov till detta namn och som nämns ovan. Astronomen Edvin Hubble (1889-1953). 

Redan på 1970-talet hade forskare bekräftat att ensamma galaxer tenderar att ha en spiralform och de som finns i galaxhopar var elliptiska eller linsformade. 

I dagarna har i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, publicerats en ny forskningsstudie under ledning av astronomer vid International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) som handlar om orsaken till dessa skillnader i form.

Huvudförfattaren till studien är Dr Joel Pfeffer vid University of Western Australia-noden i ICRAR som här diskuterar över "morfologi-densitetsrelationen" – konkret om att galaxer i kluster verkar ha mjukare och mer funktionslös form än de ensamma galaxerna.

"Vi har upptäckt att det händer några unika saker när det finns många  galaxer tillsammans", sa Dr Pfeffer.

– Spiralarmarna på galaxer är ömtåliga och när man går till högre densiteter som i galaxhoparna börjar spiralgalaxer förlora sin gas ( förtydligat då många galaxer samlas förlorar spiralgalaxen sin gas och ombildas till en klot eller linsgalax).

"Denna förlust av gas får dem att" släppa ifrån sig sina spiralarmar och galaxen får en lins (klot)form."

Galaxsammanslagningar där två eller flera spiralgalaxer kraschar ihop bildar en stor elliptisk galax." För studien användes  kraftfulla EAGLE-simuleringar för att analysera en grupp galaxer i detalj, med hjälp av en AI-algoritm för att klassificera galaxer efter deras form. 

Den neurala nätverksbaserade algoritmen baserad på AI-intelligens tränades av ICRAR-doktoranden Mitchell Cavanagh. Algoritmen kan klassificera nästan 20000 galaxer per minut och komprimera vad som annars skulle ta minst en timme till upp till veckor.

Simuleringarna matchar nära nog vad som har observerats i universum vilket ger forskarna självförtroendet till att använda simuleringsresultaten för att tolka observationer av galaxhopars utveckling över tid därute.

Studien identifierade även flera linsformiga galaxer utanför regioner med hög densitet där de annars normalt förväntas. Datamodelleringen tyder på att dessa skapades genom sammanslagning av två galaxer.

Dr Pfeffer sa " Det har kommit många förslag över tid", sa han. "Men det här är det första arbetet som verkligen sätter ihop alla pusselbitar."

Bild En visuell representation av AI som klassificerar galaxer baserat på data från EAGLES-simulering. Upphovsman: ICRAR (The International Centre for Radio Astronomy Research) i Australien.

Intressant forskning om de första galaxerna.

 

Med hjälp av data från radioteleskop SARAS3 i Indien kunde forskare under ledning från University of Cambridge titta närmare på hur universum såg ut 200 miljoner år efter Big Bang och sätta gränsen för massa och energiproduktion i de första stjärnorna och galaxerna.

Då det gällde de första galaxerna genom att de inte hittade den signal de letat efter den så kallade 21 centimeter långa vätelinjen.

Denna icke-upptäckt gjorde det möjligt för forskarna att göra fler antaganden om kosmos första tids första galaxer och göra det möjligt för forskarna att utesluta scenarier (inklusive  förmodade galaxer)  som var ineffektiva då det gällde att värmare kosmisk gas och vara effektiva producenter av radioemissioner.

Även om vi ännu inte direkt kan observera de första galaxer ger resultaten som rapporteras i tidskriften Nature Astronomy ändå ett viktigt steg i förståelsen av  hur vårt universum övergick från att vara nästan öde till ett med otaliga stjärnor.

Resultaten som erhållits med hjälp av data  från SARAS3 en proof-of-concept-studie som nu banar väg för att förstå denna period i universums utveckling.

SKA-projektet  är ett projekt som involverar två av nästa generations teleskop som ska vara klara i slutet av decenniet – kommer sannolikt att kunna ta bilder av det tidiga universum, men för de nuvarande teleskopen som är i drift är utmaningen att upptäcka den kosmologiska signalen från de första stjärnorna som strålas från tjocka vätemoln en svår men kanske inte omöjlig uppgift.

Den ovan nämnda 21 centimeter långa vätelinjen är en radiosignal som producerades av väteatomer i det tidiga universum. Till skillnad från den nyligen lanserade James Webb teleskopet som direkt kan avbilda enskilda galaxer i det tidiga universum, kan studier av den 21 centimeter långa linjen, gjord med radioteleskop som den Cambridge-ledda REACH (Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen), berätta om hela populationer av ännu tidigare galaxer. De första resultaten väntas från Reach i början av 2023.

För att upptäcka den 21 centimeter långa linjen letar astronomer efter en radiosignal producerad av väteatomer i det tidiga universum, påverkad av ljuset från de första stjärnorna och strålning bortom vätedimman. Tidigare i år utvecklade samma forskare en metod som de säger ska göra det möjligt för dem att se genom dimman i det tidiga universum och upptäcka ljus från de första stjärnorna. Några av dessa tekniker har redan praktiserats i den aktuella studien.

Resultaten av SARAS3-analysen visar den första gången som radioobservationer av den genomsnittliga 21-centimeterslinjen har kunnat ge en inblick i de första galaxernas egenskaper i form av gränser för deras huvudsakliga fysikaliska egenskaper. Den hittades inte (21-centimeterslinjen) som beskrevs i början av inlägget.

Forskningen stöddes delvis av Science and Technology Facilities Council (STFC) och av UK Research & Innovation (UKRI) och Royal Society. Cambridgeförfattarna är alla medlemmar i Kavli Institute for Cosmology i Cambridge.

Bild vikimedia på NGC 7822 ett område där stjärnbildning sker som finns i stjärnbilden Cepheus. Här ses ett stort moln av gas och damm 3000 ljusår bort . Bilden innehåller data från kortvågsbandet som kartlägger utsläpp från atomärt syre, väte och svavel och visar dessa i blå, gröna och röda nyanser. Atomemissionen drivs av energirik strålning från de i centrala delarnas heta stjärnor. OBS detta är har inget r samband med den första stjärnbildningstiden utan är bara en illustration av fenomenet stjärnbildning.

Frågan är hur galaxer utvecklas över tid

 

- En student under grundutbildning vid University of Massachusetts Amherst har bidragit med ett betydande arbete för förståelsen av  tillväxten av stjärnor och svarta hål och hur detta hänger samman. Denna nya förståelse gör det möjligt för James Webb Space Telescope (JWST) att mer effektivt ställas in på att söka efter hur galaxer utvecklas över tid. Astronomer vet att galaxernas utveckling drivs av två processer: tillväxten av supermassiva svarta hål i galaxers centrum och bildandet av nya stjärnor.

Hur dessa processer är relaterade till varandra har förblivit ett mysterium och är en av de frågor som James Webb Space Telescope (JWST) kommer att försöka besvara. Studenten nämnd ovan har namnet Meredith Stone och tog examen vid UMass Amhersts astronomiprogram i maj 2022 och hjälpte redan som student forskare att bättre förstå hur det hänger samman.

"Vi vet att galaxer växer, kolliderar och förändras över tid", säger Stone, som slutförde denna forskning under ledning av Alexandra Pope, professor i astronomi vid University of Massachusetts Amherst och seniorförfattare där och skribent till en artikel nyligen publicerad i The Astrophysical Journal. – Och vi vet även att svarta håls tillväxt och stjärnbildningen spelar avgörande roller i galaxers utveckling. Vi tror att båda  är betydelsefulla tillsammans och  reglerar varandra men hittills har det varit väldigt svårt att förstå exakt hur.

En del av anledningen till att det har varit svårt att studera samspelet mellan svarta hål och stjärnor är att vi inte riktigt kan se dessa interaktioner eftersom det sker bakom enorma moln av galaktiskt stoft.

 "För galaxer där det  aktivt bildas stjärnor kan mer än 90 % av det synliga ljuset absorberas av damm", säger Pope. Damm absorberar synligt ljus då det värms upp och även om det mänskliga ögat inte kan se värme kan infraröda teleskop se den”.

"Vi använde rymdteleskopet Spitzer", säger Stone som kommer att börja sina forskarstudier i astronomi vid University of Arizona i höst, "samlat under kampanjen Great Observatories All-sky LIRG Survey (GOALS) med syftet att se på det infraröda våglängdsområdet i mittenskalan från några av de ljusaste galaxerna som finns relativt nära jorden." I synnerhet letade Stone och hennes medförfattare efter särskilda fingeravtryck från svarta hål och stjärnbildning.

Svårigheten med dessa fingeravtryck är att de är mycket svaga och nästan omöjliga att skilja från det allmänna bruset i det infraröda spektrumet. "Vad Meredith gjorde", säger Pope, "är att kalibrera mätningarna av dessa spårämnen så de blir mer distinkta."

När teamet väl hade dessa mer distinkta observationer i handen kunde man se att att svarta håls tillväxt resulterar i stjärnbildning och dessa händelser verkar påverka varandra. Stone kunde till och med beräkna förhållandet som beskriver hur de två fenomenen har ett sammanhang.

Detta är inte bara en spännande vetenskaplig prestation, Stones arbete kan nu användas av Webb teleskopets forskare, med dettas oöverträffade tillgång till det mittersta infraröda spektrumljuset kan teleskopet användas för att se mycket närmre på fenomenen och kanske lösa de frågor som återstår. För även om Stone och hennes medförfattare inklusive UMass Amherst astronomidoktorand Jed McKinney, kvantifierade hur svarta hål och stjärnor är kopplade i en galax förklarar det inte varför de är länkade och hur.

Otroligt spännande sammankoppling är detta (min anm.) kan svarta hål inte vara endast det vi tror utan även energigivare för stjärnbildning. Men hur?

Bild NGC 6240 även känd som sjöstjärnegalaxen (ingår i stjärnbilden Ormbäraren) finns tre supermassiva svarta hål som dras närmare och närmare varandra. Bild vikipedia. Denna galax ingick i undersökningsmaterialet.

Dolda galaxer blir nu kartlagda

 

Det finns hundratals miljarder galaxer i universum kanske oräkneliga. Alla dessa innehåller miljarder stjärnor. Varje stjärna har sitt eget planetsystem. Galaxerna finns i alla riktningar i universum det finns inget upp och ner i universum. I en av dessa finns vi med vårt solsystem, Vintergatan.

I vissa riktningar från oss sett blockeras galaxer av kosmiska moln eller närliggande galaxer från vårt synfält sett. Men nu har ett team vid University of Keele lyckats skapa den utförligaste galaxkartan hittills där även tidigare för oss dolda galaxer ingår. Jessica Craig vid universitetet presenterade sitt arbete inom detta nyligen vid National Astronomy Meeting vid University of Warwick.

Astronomerna hade sett på de Magellanska molnen (stora och lilla), två galaxer synliga på södra halvklotet  (dvärggalaxer och satellitgalaxer till vår galax) vilka finns så nära oss att de kan ses med blotta ögat. Dessa två galaxer tar upp ett stort område av himlen och blockerar därför utsikten över galaxer längre bort eller bortom dessa galaxer. På grund av detta undviker astronomer som letar efter avlägsna galaxer vanligtvis denna del av himlen. Något jag tycker är synd men förståeligt (min anm.). Synd då här kanske döljer sig spännande upptäckter.

Men med hjälp av VISTA Survey Telescope i Chile har nu foskarteamet ovan fotograferat de Magellanska molnen i  hög skärpa för att kunna se igenom mellanrummen mellan stjärnorna i dessa galaxer. På så sätt kunde de upptäcka avlägsna galaxer. Galaxer som på grund av stoff och ljus mellan oss och dem nu kunde ses svagt rödskinande.

Lösningen var att använda ett radioteleskop och i det här fallet Galactic Australian Square Kilometer Array Pathfinder Survey (GASKAP) vilket gav en detaljerad karta över gasen i de Magellanska molnen så att stofthalten kan mätas och därmed hur mycket stjärnorna bakom rödtonas .

Ett ytterligare bekymmer i undersökningar som denna är att skilja stjärnor från galaxer och det finns så många stjärnor att det är omöjligt att undersöka varje ljuspunkt personligen (det skulle ta lång tid) . Keele-teamet använde data från Gaia-observatoriet för att med en algoritm mäta de små förändringarna i ljuspunkterna över tid för att urskilja stjärnor från avlägsna galaxer. Stjärnornas positioner förändras synbart över tid medan de mycket mer avlägsna galaxerna synbart stannade på samma plats. Galaxerna är även rödare än stjärnorna, så färganalysen hjälpte till att upptäcka fler stjärnor från datasetet. Färg indikerar också hur långt borta galaxer är (genom deras rödförskjutning till följd av universums expansion).

Bild Magellanska molnen de två galaxer bland flera som effektivt döljer bakomliggande galaxer långt därute. Bild vikipedia.

Kopplingen mellan stjärnbildning och radiostrålning och infraröd strålning i galaxer är utredd.

 

För 50 år sedan upptäcktes den nära kopplingen mellan stjärnbildning i galaxer och galaxers infraröda strålning inklusive radiostrålning. Nu har forskare vid Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) dechiffrerat den underliggande fysiken till fenomenet.

I arbetet använde de nya datorsimuleringar av galaxbildning med en modellering av kosmisk strålnings effekter. För att förstå bildandet och utvecklingen av galaxer som vintergatan är det viktigt att känna till mängden nybildade stjärnor inte bara i vintergatan utan även i andra galaxer. Som beskrivs ovan måste sambandet mellan galaxernas infraröda strålning och radiostrålning  beaktas. Den energirika strålningen från unga, massiva stjärnor under bildning i galaxernas tätaste regioner döljs i omgivande dammoln och dess strålning återsänds  i det infraröda lågenergistrålningsfältet.

Efterhand kommer dock bränsletillförsel att bli uttömd i stjärnor vilket resulterar i att massiva stjärnor avlutar sin tid som en supernova. I denna explosion kastas det yttre stjärnhöljet ut i miljön vilket accelererar en del partiklar i det interstellära mediet till mycket högt energislag, kosmisk strålning. I galaxens magnetfält har dessa partiklar en hastighet av nästan ljusets i form av lågenergiradiostrålning med en våglängd på några centimeter till en meter. Genom  dessa processer är nybildade stjärnor, infraröd strålning och radiostrålning från galaxer sammanbundna.

Även om detta förhållande ofta används som utgångspunkt i astronomi är de exakta fysiska förhållandena inte helt klargjorda. För att gå till botten med detta mysterium har ett team av forskare vid AIP nu för första gången realistiskt simulerat dessa processer i en  galax genom datorsimulering och beräknat den kosmiska strålenergin i detta. Deras resultat publicerades i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

"Under bildandet av den galaktiska skivan förstärks kosmiska magnetfält så att de matchar de starka galaktiska magnetfälten", förklarar professor Christoph Pfrommer chef för sektionen Cosmology and High-Energy Astrophysics vid AIP. När kosmiska strålpartiklar i magnetfält avger radiostrålning förloras en del av energin på sin väg mot oss. Som ett resultat blir radiospektrumet plattare vid låga frekvenser. Vid höga frekvenser, förutom radioutsläpp av kosmiska strålar, bidrar radioemissionen från det interstellära mediet i ett plattare spektrum. Summan av dessa två processer kan därför  förklara den observerade platta radiostrålningen från hela galaxen samt utsläpp från de centrala regionerna.

Detta förklarar även mysteriet  varför galaxers infraröda- och radiostrålning är väl sammankopplad. "Det gör det möjligt för oss att bättre bestämma antalet nybildade stjärnor utifrån den observerade radiostrålningen i galaxer något som bör hjälpa oss att ytterligare avslöja bakgrunden till stjärnbildning i universum", avslutar Maria Werhahn, doktorand vid AIP och huvudförfattare till en av studierna.

Bild vikimedia A diagram of Earth’s location in the Universe in a series of eight maps that show from left to right, starting with the Earth, moving to the Solar System, onto the Solar Interstellar Neighborhood, onto the Milky Way, onto the Local Galactic Group, onto the Virgo Supercluster, onto our local superclusters, and finishing at the observable Universe.