Астрономы ожидают, что первые галактики, сформировавшиеся всего за несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва , будут иметь много общего с некоторыми из карликовых галактик, которые мы наблюдаем сегодня. Эти ранние агломерации в несколько миллиардов звезд затем станут строительными блоками больших галактик, которые стали доминировать во Вселенной после первых нескольких миллиардов лет.
Однако постоянные наблюдения с массивным миллиметровым/субмиллиметровым массивом Atacama ( ALMA ) обнаружили удивительные примеры массивных галактик, заполненных звездами, которые наблюдались, когда космосу было менее миллиарда лет. Это говорит о том, что более мелкие галактические строительные блоки могли быстро собраться в крупные галактики.
Последние наблюдения ALMA еще более ускоряют эту эпоху формирования массивной галактики, идентифицируя две гигантские галактики, наблюдаемые, когда вселенной было всего 780 миллионов лет, или около 5 процентов ее нынешнего возраста. ALMA также показало, что эти необычно большие галактики расположены внутри еще более массивной космической структуры, ореол темной материи в несколько триллионов раз более массивный, чем солнце.
Две галактики находятся в такой непосредственной близости - меньше расстояния от Земли до центра нашей галактики, - что вскоре они сольются, образуя самую большую галактику, когда-либо наблюдаемую в тот период в космической истории. Это открытие дает новые подробности о появлении крупных галактик и о роли, которую играет темная материя в сборе самых массивных структур во Вселенной.
«Благодаря этим изысканным наблюдениям АЛМА астрономы видят самую массивную галактику, известную в первые миллиарды лет Вселенной в процессе ее формирования», - сказал Дан Марроне, адъюнкт-профессор астрономии в Университете Аризоны в Тусоне, и автор научной работы.
Астрономы видят эти галактики в период космической истории, известной как эпоха реионизации, когда большая часть межгалактического пространства была заполнена туманом холодного газообразного водорода. По мере образования большего количества звезд и галактик их энергия в конечном итоге ионизировала водород между галактиками, раскрывая вселенную, как мы ее видим сегодня.
Галактики, которые изучали Марроне и его команда, известные под общим названием SPT0311-58, первоначально были идентифицированы как один источник на Южном полюсе через телескоп. Эти первые наблюдения показали, что этот объект был очень далек и ярко светился в инфракрасном свете, что означало, что он был чрезвычайно туманным и, вероятно, переживал всплеск звездообразования. Последующие наблюдения с ALMA показали расстояние и двойственную природу объекта, четко выделяя пару взаимодействующих галактик.
Чтобы сделать это наблюдение, ALMA получила некоторую помощь от гравитационной линзы, которая обеспечила наблюдательный импульс телескопу. Гравитационные линзы формируются, когда промежуточный массивный объект, подобно скоплению галактик или галактик, изгибает свет от более далеких галактик. Они, однако, искажают внешний вид исследуемого объекта, требуя сложных компьютерных моделей для восстановления изображения, поскольку оно появляется в измененном состоянии.
Этот процесс «де-линзирования» обеспечивал интригующие детали о галактиках, свидетельствуя о том, что большая из них образует звезды со скоростью 2900 масс Солнца в год. Он также содержит около 270 миллиардов раз большего масс нашего солнца в газе и почти в 3 миллиарда раз больше массы нашего солнца в туманности. «Это огромное количество космической пыли, учитывая юный возраст галактики», - отметил Джастин Спилкер, недавний выпускник Университета Аризоны, а теперь - докторант из Техасского университета в Остине.
Астрономы определили, что быстрое образование звезд этой галактики, вероятно, было вызвано близким столкновением с его немного меньшим спутником, в котором уже размещено около 35 миллиардов солнечных масс звезд и увеличивается скорость вспышки звезды с рекордным темпом 540 солнечных масс в год.