Astronomer har hittat det hittills starkaste beviset för hur dagens tyngsta galaxer kom till. Observationer med teleskopet Apex i Chile tyder på att galaxerna härstammar från häftiga utbrott av stjärnbildning. När universum var bildades otaliga stjärnor. Sedan avtog stjärnbildningstakten och galaxerna blev till de massiva, passiva samlingar av åldrade stjärnor som nu befolkar vår närmaste omgivning i universum. Forskarna misstänker att det var de första supertunga svarta hålen som till slut hejdade galaxernas den snabba stjärnbildningsprocessen.
Astronomerna gjorde observationer med instrumentet Laboca på teleskopet Apex (Atacama Pathfinder EXperiment), ett 12 meters teleskop som drivs av ESO. För att studera hur ljusstarka avlägsna galaxer samlas tillsammans i grupper eller hopar kombinerade de mätningarna med andra gjorda på ESO:s jätteteleskop VLT, NASA:s rymdteleskop Spitzer, samt andra teleskop.
Ju tätare ihop galaxerna ligger i rymden, desto större är mängden mörk materia som väntas samla sig omkring dem. Den osynliga mörka materian utgör även den största delen av galaxernas totala massa. De nya mätningarna är de mest noggranna hittills av hur galaxer av den här typen grupperar sig i rymden.
Galaxerna är så avlägsna att det har tagit ljuset från dem ungefär 10 miljarder år att nå oss, vilket betyder att vi ser dem som de såg ut för 10 miljarder år sedan. Sådana ögonblicksbilder från det unga universum visar att galaxerna bildar stjärnor i extremt hög takt.
Forskarna uppskattade hur mycket mörk materia som ligger samlad runt galaxerna. De använde sedan datorsimuleringar för att studera hur mängden mörk materia skulle växa över tiden. De fann att dessa avlägsna stjärnfabriker i det tidiga universum så småningom omvandlades till gigantiska, elliptiska galaxer - de tyngsta galaxerna i vår närhet.
Ryan Hickox (Dartmouth College, USA och Durhamuniversitetet, Storbritannien) har lett studien.
– Det här är den första gången då vi har kunnat påvisa det här tydliga sambandet mellan de mest energiska stjärnfabrikerna i det tidiga universum och dagens tyngsta galaxer, förklarar han.
De nya observationerna antyder dessutom att den snabba stjärnbildningen i dessa avlägsna galaxer pågår i blott 100 miljoner år. Det är kosmiska perspektiv mycket kort tid, och i snitt fördubblas antalet stjärnor i varje galax. Men det plötsliga slutet på den snabba tillväxtfasen är en del av galaxernas historia som astronomerna ännu inte helt förstår.
- Vi vet att massiva elliptiska galaxer slutade tillverka stjärnor ganska abrupt för länge sedan, och att de nu är passiva. Forskare frågar sig vad som möjligen kunde vara tillräckligt kraftfullt för att kunna stänga av en galax stjärnfabrik, säger Julie Wardlow (University of California i Irvine, USA och Durhamuniversitetet, Storbritannien), medlem i forskarlaget.
Resultaten av studien ger också en möjlig förklaring. Vid denna tid i universums historia låg de galaxer som bildade mest stjärnor utspridda i rymden på ett liknande sätt som kvasarerna. Det tyder på att båda omgavs av samma så kallade ‘halo’ av mörk materia. Kvasarer är bland de mest energirika objekten i universum - dessa galaktiska fyrbåkar strålar intensivt tack vare supermassiva svarta hål i deras mitt.
Det finns allt säkrare bevis som tyder på att intensiv stjärnbildning kan även ligga bakom kvasarernas kraft, genom att mata de svarta hålen med stora mängder material. Kvasarerna visar upp i sin tur utbrott av energi som tros kunna blåsa iväg galaxens förråd av gas - som är råmaterialet för att bilda nya stjärnor - vilket effektivt avslutar stjärnbildningsfasen.
David Alexander (Durhamuniversitetet) är också är medlem i teamet.
– Kort sagt är galaxernas glansdagar med intensiv stjärnbildning också deras undergång. De matar det jättestora svarta hålet i mitten som sedan snabbt blåser bort eller förstör de moln som stjärnor skulle bildats ur, förklarar han.
