Nieuwe resultaten van een ambitieus luchtonderzoeksprogramma, genaamd ALPIEN, onthullen dat roterende schijfvormige sterrenstelsels mogelijk eerder in het universum in grote aantallen hebben bestaan ​​dan eerder werd gedacht.

Het ALPINE-programma, formeel genaamd "ALMA Large Program to Investigate C+ at Early Times, " gebruikt gegevens die zijn verkregen van 70 uur luchtwaarnemingen met het ALMA-observatorium (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) in Chili, in combinatie met gegevens van eerdere waarnemingen door tal van andere telescopen, waaronder het W.M. Keck Observatorium in Hawaï en de ruimtetelescopen Hubble en Spitzer van NASA. specifiek, het onderzoek keek naar een stukje lucht met tientallen afgelegen sterrenstelsels.

"Dit is de eerste multi-golflengte studie van ultraviolet tot radiogolven van verre sterrenstelsels die bestonden tussen 1 miljard en 1,5 miljard jaar na de oerknal, " zegt Andreas Faisst, een stafwetenschapper bij IPAC, een astronomiecentrum in Caltech, en een hoofdonderzoeker van het ALPINE-programma, waaronder wetenschappers over de hele wereld.

Een van de belangrijkste functies van ALPINE is het gebruik van ALMA om de signatuur te observeren van een ion dat bekend staat als C+, wat een positief geladen vorm van koolstof is. Wanneer ultraviolet licht van pasgeboren sterren stofwolken raakt, het creëert de C+ atomen. Door de signatuur van dit atoom te meten, of "emissielijn, " in sterrenstelsels, astronomen kunnen zien hoe de sterrenstelsels draaien; terwijl het gas dat C+ bevat in de sterrenstelsels naar ons toe draait, zijn lichtsignatuur verschuift naar blauwere golflengten, en terwijl het wegdraait, het licht verschuift naar rodere golflengten. Dit is vergelijkbaar met de sirene van een politieauto die in toonhoogte toeneemt als hij naar je toe racet en afneemt als hij wegrijdt.

Het ALPINE-team voerde de C+-metingen uit op 118 afgelegen sterrenstelsels om een ​​catalogus te maken van niet alleen hun rotatiesnelheden, maar ook van andere kenmerken zoals gasdichtheid en het aantal sterren dat wordt gevormd.

Het onderzoek onthulde roterende verminkte sterrenstelsels die bezig waren te fuseren, naast schijnbaar perfect gladde spiraalvormige sterrenstelsels. Ongeveer 15 procent van de waargenomen sterrenstelsels had een gladde, geordende rotatie die wordt verwacht voor spiraalstelsels. Echter, de auteurs merken op, de sterrenstelsels zijn misschien geen spiralen, maar roterende schijven met klompjes materiaal. Toekomstige waarnemingen met de volgende generatie ruimtetelescopen zullen de gedetailleerde structuur van deze sterrenstelsels lokaliseren.

"We vinden mooi geordende roterende sterrenstelsels in dit zeer vroege en nogal turbulente stadium van ons universum, ", zegt Faisst. "Dat betekent dat ze gevormd moeten zijn door een soepel proces van gas verzamelen en nog niet met andere sterrenstelsels zijn gebotst, zoals veel van de andere sterrenstelsels hebben."

By combining the ALMA data with measurements from other telescopes, including the now-retired Spitzer, which specifically helped measure the masses of the galaxies, the scientists are better able to study how these young galaxies evolve over time.

"How do galaxies grow so much so fast? What are the internal processes that let them grow so quickly? These are questions that ALPINE is helping us answer, " says Faisst. "And with the upcoming launch of NASA's James Webb Space Telescope, we will be able to follow-up on these galaxies to learn even more."

The study, led by Faisst, titled, "The ALPINE-ALMA [CII] Survey:Multi-Wavelength Ancillary Data and Basic Physical Measurements, " was funded by NASA and the European Southern Observatory.

A brief overview of the survey, produced by a team led by Olivier LeFèvre of the Laboratoire d'Astrophysique de Marseille (LAM), is at ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019 … v191009517L/abstract; the ALMA data is detailed in another paper by a team led by Matthieu Béthermin of LAM, available at ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020 … v200200962B/abstract .