Äldsta galaxerna i universum flyter precis utanför mjölkvägen

Det är lätt att leva bredvid någon under en lång tid utan att lära sig mycket om dem, men ibland kan våra grannar bli mycket mer intressanta än vi antar, särskilt när de är vår galaktisk grannar. Det kan visa sig att de har stora historier att berätta - eller att de är de äldsta galaxerna i det freaking universum. Och hej, skulle du inte veta det, det var precis vad som hände när ett internationellt team av astronomer tittade närmare på de svaga galaxerna som omger vår galax, Vintergatan.

I ett papper publicerat torsdag i Astrofysisk tidskrift astronomer vid Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics och Institute for Computational Cosmology vid Durham University i Storbritannien visar att de dvärggalaxier som omger oss är några av de äldsta i universum. Dessa små, dimma galaxer är potentiellt över 13 miljarder år gamla, som bildats i slutet av de så kallade tidiga "mörka åldrarna" av universum, när materien avkyldes i omkring 100 miljoner år efter stormen.

Men det var inte ens vad de letade efter.

"Det var något av en serendipitös upptäckt på något sätt, för vi startade projektet och hoppades faktiskt göra någonting annat, vilket i grunden räknade antalet små galaxer runt Mjölkväxelaktiga galaxer", Sownak Bose, Ph.D., en postdoktor vid Harvard-Smithsonian Center for Astrofysik och studiens första författare berättar Omvänd. "Det här var en enkel räkning."

Bose och hans kollegor undersökte "luminositetsfunktionen" hos dessa dvärggalaxer, åtgärden som beskriver ljusstyrkan i ett kluster av objekt - hur många galaxer med viss ljusstyrka det finns - med Lambda Cold Dark Matter-modellen, en standard modell av kosmologi. Enkelt uttryckt är luminositetsfunktionen ett sätt att beskriva galaxer eller andra stjärnkluster som är mycket enklare än att beskriva varje enskild stjärna i massan. När de graderade luminositetsfunktionen hos våra svaga galaktiska grannar fann Bose och hans kollegor att galaxerna följde ganska mycket efter en jämn kurva, där det fanns mer svaga och färre ljusa.

Nyckelfrasen här är dock "ganska mycket".

"Det var faktiskt en rak linje med något av en kink i den, som en dal", säger Bose. "Så efter några experiment, insåg vi vad passar denna funktion är skalan där galaxerna övergår från de som bildades väldigt tidigt, mot slutet av de så kallade tidiga mörka åldrarna och de som bildades mycket senare." I andra ord insåg de att detta dopp i distributionen av ljusa och svaga galaxer delade de äldre galaxerna från de yngre galaxerna, en trend som passar LCDM-modellen, som berättade att de var på något.

"Det var förvånande hur bra våra modeller kom överens med data!" Alis Deason, Ph.D., en Royal Society University Research Fellow vid ICC och en av studieens medförfattare, berättar Omvänd. Men självklart noterar hon att de behövde se till att de hade rätt. "Vår första reaktion var försiktig optimism och mycket test!"

Efter ytterligare analys drog forskarna slutsatsen att de svagare, mindre galaxerna måste ha bildat mycket längre tid än de senaste. Eftersom stjärnor i galaxer producerar mycket atomskräp och förorening när de dör i supernova, om stjärnorna slutade bilda för mycket länge sedan, borde deras hemgalaxer ha mindre skräp från supernova i dem, vilket gör dem mörkare än galaxer som bildades nyligen och hade mer material att dra in från andra galaxer och supernovaer.

"Vi finner att de gamla galaxerna tenderar att vara mindre massiva i hur många stjärnor de har", säger Bose. "Det ger dig den här bilden, i vilken små galaxer bildas först och större bildas mycket senare från sammanslagningen av många små saker."

Både Bose och Deason är noga med att notera att de inte gjorde det Upptäck dessa gamla galaxer, men att de bara identifierade dem som en del av universums äldsta. Det är emellertid en stor sak, eftersom dessa direkta observationer bekräftar att LCDM-modellen i universum sannolikt är korrekt, vilket innebär att ljusstyrkan kan vara ett rimligt pålitligt sätt att berätta för en galaxs ålder.

Nu när de har identifierat dessa gamla galaxer kan forskarna titta på dem ännu närmare för att lära sig om förutsättningarna för det tidiga universum.

"Vi skulle vilja utforska hur vi kan använda dessa små dvärggalaxer för att lära oss mer om det tidiga universum", säger Deason. "Till exempel, vad kan deras egenskaper (t ex storlekar, kemisk sammansättning) berätta om dessa kritiska tidiga stadier av galaxbildning?"