Galakser i vores nabolag hjælper astronomer med at forstå de fjerneste galakser

En af de mest informative måder at studere galakser i det tidlige Univers er gennem en bestemt slags ultraviolet lys, kaldet "Lyman alpha". Dette lys udsendes fra gas omkring de varmeste stjerner, og er derfor særlig velegnet til at observere galakser, som er kraftigt stjernedannende.

Men i modsætning til andre typer lys afhænger den præcise bølgelængde, og den retning som det bevæger sig i, af mange fysiske processer indeni og udenfor galakserne. Lyman alpha-lys rejser ikke bare direkte ned mod vores teleskoper, men tager en kompliceret rute ud af galaksen.

På sin vej rejser det gennem områder med forskellige fysiske forhold som påvirker ikke bare den rute, som de individuelle lyspartikler tager, men også ændrer deres bølgelængde og endda  absorberer en ukendt andel af lyset.

Nogle områder er varmere, nogle indeholder mere støv, nogle har kraftige strømme af gas, osv.  Alle disse fysiske forhold gør det notorisk svært at fortolke det Lyman alpha-lys, vi ser. Men hvis vi fortolker det korrekt, er belønningen til gengæld betydelig, netop fordi vi så kan lære om galaksens fysik.

Udspionering af naboerne

Galakser i det fjerne Univers er små og lyssvage, og derfor svære at observere. Et internationalt hold, med deltagelse fra Cosmic Dawn Center, satte sig derfor for at opbygge et udvalg af "reference-galakser" fra vores lokale nabolag. Selvom de stadig er flere hundrede millioner lysår væk, er det stadig tæt nok på til at de har kunne studere dem i høj detaljegrad, med mange forskellige teleskoper over hele verden og i rummet.

Dette såkaldte "Lyman Alpha Reference Sample", eller LARS, har afsløret mange spændende egenskaber ved galakserne, som er yderst nyttige, når man observerer de fjernere. I det seneste studie, ledet af Jens Melinder, seniorforsker ved Stockholms Universitet, udledte astronomerne hvor meget Lyman alpha-lys, der undslipper galakserne, og hvorvidt denne andel korrelerer med galaksernes forskellige fysiske egenskaber.

"Med de nye observationer har vi etableret en sammenhæng mellem hvor stor en andel af Lyman alpha der slipper ud af galakserne, og flere af disse galaksers fysiske egenskaber," forklarer Jens Melinder. "For eksempel er der en tydelig sammenhæng mængden af stjernestøv i en galakse, og hvor meget Lyman alpha den lader slippe ud. Det var forventet, fordi støv absorberer lys, men nu har vi kvalificeret effekten."

Astronomerne fandt også en samenhæng mellem det undslupne lys og den totale masse af alle stjernerne i galaksen, omend mindre tydelig. Til gengæld var der andre egenskaber, som f.eks. hvor mange nye stjerner galaksen danner, som ikke ser ud til at korrelere med, hvor meget Lyman alpha der undslipper galaksen.

Matcher teoretiske modeller

Et andet interessant resultat er, at galakser som observeres i Lyman alpha ser betragteligt større ud, end når de observeres ved andre bølgelængder. Denne effekt er set før, og er helt i tråd med teoretiske forventinger.

"Vi ser den samme effekt i computersimuleringer med beregninger af, hvordan Lyman alpha rejser gennem gasskyer i det interstellar rum," forklarer Peter Laursen fra Cosmic Dawn Center, som deltog i studiet. "Det bekræfter, at vi har en ret god teoretisk forståelse af den fysik, som er på spil."

Effekten er vigtig at tage højde for, når man observerer fjerne galakser, hvor lyset fra udkanten af galakserne er for svagt til at kunne blive detekteret, eller falder helt udenfor detektorerne.

Kvantificeringen af effekten vil være nyttig i fremtidige observationer af de fjerneste og dermed tidligste galakser:

"Resultaterne vil kunne hjælpe med at fortolke observationer med rumteleskoperne Hubble og James Webb," siger Jens Melinder. "At forstå den detaljerede astrofysik af denne type galakser er afgørende for at kunne udvikle teorier for, hvordan de første galakser blev dannet og udviklede sig."

Studiet er netop blevet publiceret i tidsskriftet The Astrophysical Journal Supplement Series.