Danske astronomer opdager nyfødte galakser med rumteleskopet James Webb

Universet vrimler med galakser — umådelige samlinger af stjerner og gas — og kigger vi dybt og længe derud, ser vi dem nær og fjern. Fordi lyset har brugt længere tid på at nå os fra de fjerneste, kan vi på den måde kigge tilbage i tiden gennem det meste af Universets historie, og således danne os et billede af, hvordan de har udviklet sig gennem tiden.

Observationer har vist os, at galakserne gennem de sidste 12 milliarder år — dvs. 5/6 af Universets alder — har levet deres liv i en form for ligevægt: De findes tilsyneladende en fundamental, tæt sammenhæng mellem på den ene side hvor mange stjerner de har dannet, og på den anden side hvor mange tungere grundstoffer de har dannet. Det giver mening, for Universet bestod oprindeligt kun af de to letteste grundstoffer, brint og helium, mens alle tungere grundstoffer, såsom kulstof, ilt og jern, er skabt senere af stjernerne.

James Webb kigger dybere

De allerførste galakser burde derfor være helt “uforurenede” af tungere grundstoffer. Men indtil for nylig har vi ikke været i stand til at kigge så langt tilbage i tiden. Udover, at de er langt væk, er årsagen at at jo længere tid lyset rejser gennem rummet, jo mere rødt bliver det. For de allerfjerneste galakser er man nødt til at kigge helt ud i den infrarøde del af lysspektret, og først med opsendelsen af James Webb havde vi et teleskop, der var stort og sensitivt nok til at se så langt.

Og rumteleskopet har ikke skuffet. Flere gange har James Webb slået sin egen rekord for den fjernest kendte galakse, og nu ser det endelig ud til, at vi er ved at være tilbage i den epoke, hvor nogle af de allerførste galakser blev skabt:

I et nyt studie, udgivet i dag i det videnskabelige tidsskrift Nature Astronomy, har et hold af astronomer fra det danske grundforskningscenter Cosmic Dawn Center på Niels Bohr Institutet og DTU Space opdaget, hvad der vitterlig ser ud til at være nogle af de allerførste galakser, som stadig er i gang med at blive dannet.

“Indtil nu har det været tæt på umuligt at studere, hvordan de første galakser bliver dannet i det tidlige Univers, da vi simpelthen ikke har haft måleinstrumenterne til det. Dette har nu fuldstændig ændret sig med opsendelsen af James Webb,” siger Kasper Elm Heintz, leder af studiet og adjunkt ved Cosmic Dawn Center.

Fundamental sammenhæng bryder sammen

Sammenhængen mellem galaksens totale stjernemasse og mængden af tungere grundstoffer er lidt mere kompleks end som så. Hvor hurtigt galaksen danner nye stjerner har nemlig også noget at skulle have sagt. Men korrigerer man for det, fås en smuk, lineær sammenhæng: Jo tungere galakse, jo flere tunge grundstoffer.

Men denne sammenhæng udfordres nu af de nyeste observationer.

“Da vi analyserede lyset fra 16 af disse første galakser, kunne vi se, at de havde et betydeligt mindre indhold af de tungere grundstoffer, i forhold til hvad man ville forvente fra deres stjernemasser og antallet af stjerner de dannede,” siger Kasper Elm Heintz.

Faktisk viste galakserne sig i gennemsnit at have fire gange mindre mængder af tunge grundstoffer end i det senere Univers. Disse resultater bryder fuldstændig med den nuværende model, hvor galakser udvikler sig i en form for ligevægt gennem størstedelen af Universets historie.

Forudsagt af teorier

Helt overraskende er resultatet nu ikke. Teoretiske modeller af galaksedannelse, som bygger på detaljerede computerprogrammer, forudsiger nemlig noget lignende. Men nu har vi altså set det!

Forklaringen, som forfatterne foreslår i artiklen, er simpelthen at vi er vidne til galakser i færd med at blive skabt. Tyngdekraften har samlet de første klumper af gas, som er begyndt at dannes stjerner.

Hvis galakserne herefter levede deres liv uforstyrret, ville stjernerne hurtigt berige dem med tungere grundstoffer, så de ville opnå den kendte ligevægt. Men mellem galakserne var der dengang store mængder af frisk, “uforurenet” gas, som strømmer ned til galakserne hurtigere end stjernerne kan følge med.

"Resultatet giver os det første indblik i de tidligste stadier af galakseudvikling, som ser ud til at være meget mere intimt forbundet med gassen mellem galakserne, end vi har set før.

Det er en af de første James Webb-observationer om dette emne, så vi venter stadig på at se, hvad de større og mere omfattende observationer, der er i gang med at blive udført, kan fortælle os.

Vi vil uden tvivl inden for kort tid have en meget klarere idé om, hvordan galakser og de første strukturer begyndte deres dannelse i den første milliard år efter Big Bang,” afslutter Kasper Elm Heintz.

Studiet er publiceret i dag i Nature Astronomy.