Galaktisk støv afslører skjulte mønstre i nye imponerende billeder fra James Webb

Vi tænker ofte på galakser som enorme klumper af stjerner, langsomt rotererende i rummet. Men stjerner fortæller kun en del af historien; mellem dem ligger en rig blanding af gas og støv. Selvom det måske lyder kedeligt, er det brændstof og byggesten til nye stjerner og planeter og en vigtig del af, hvordan galakser ændrer sig over tid.

Med rumteleskopet James Webbs ultraskarpe syn har et forskerhold fra Cosmic Dawn Center på Niels Bohr Institutet undersøgt 13 nærliggende galakser. Webbs instrumenter er fremstillet specielt til at detektere infrarødt lys — lys, som vores øjne ikke kan se, men som er perfekt til at spotte den svage glød fra støv og store molekyler, der svæver i rummet.

“Forskellige typer støv gløder med forskellige infrarøde bølgelængder, alt afhængigt af hvad de er lavet af, og hvad der sker omkring dem,” fortæller Charlie Lind-Thomsen, bachelorstuderende ved Cosmic Dawn Center og hovedforfatter til det nye studie. “Vi brugte fire forskellige slags infrarødt lys for at få et detaljeret overblik over, hvordan støvet er arrangeret.”

Ved hjælp af en teknik kendt som “Fourier-analyse” — en metode med mange forskelligartede anvendelser, f.eks. indenfor billed- og musikkomprimering — studerede holdet mønstrene i billederne og ledte efter former og strukturer som gentager sig på forskellige skalaer.

To slags støv, to forskellige historier

Én type støv, lavet af store kulstofbaserede molekyler kaldet “aromatiske kulbrinter”, forkortet PAH (som her på Jorden findes i bl.a. biludstødning og grillrøg), lyste op i glatte, udbredte mønstre — som tåge oplyst af fjerne gadelygter. Disse molekyler har en tendens til at gløde, når de er i nærheden af ​​unge, varme stjerner, som oplyser støvet med deres ultraviolette lys.

I modsætning hertil fremstår det mere “normale” støv — små korn lavet af elementer som silikater og kulstof — mere klumpet og ujævnt, som om det var koncentreret i skyer omkring bestemte områder i galakserne.

“Fourier-analyse er et fantastisk og alsidigt værktøj,” siger Lind-Thomsen begejstret. “Det er som at zoome ind og ud på et fotografi for at se både det store billede og de fine detaljer. Vores analyse viser, at disse to slags støv ikke bare gløder forskelligt — de er også struktureret forskelligt. Skyer af de større støvkorn danner større, mere kaotiske mønstre, mens skyerne af kulstofbaserede molekyler viser en meget mere jævn fordeling."

Endnu mere interessant fandt teamet, at PAH-skyerne har en tendens til at forsvinde under en bestemt skystørrelse, cirka 500 lysår i diameter (omtrent afstanden fra os til stjernen Betelgeuse.

“Det tyder på, at vi ser en slags naturlig grænse,” forklarer Lind-Thomsen. “Støvkornene holder op med at gløde på mindre skalaer, enten fordi de bliver ødelagt, eller fordi stjernerne, der varmer dem op, er mere spredt ud.”

En ny måde at forstå galakser på

Opdagelsen hjælper astronomer med bedre at forstå, hvordan galakser fungerer “under overfladen.” Den viser, at galaksernes forskellige materialer — støv, gas og stjerner — ikke bare sidder sammen tilfældigt, men er organiseret på komplekse, skalaafhængige måder.

Ved at sammenligne de nye resultater med fremtidige observationer og computermodeller håber forskerne at finde ud af, hvordan støvmønstrene relaterer sig til ting som stjernedannelse, galaktiske vinde og endda stoffets cyklus i Universet.

Og arbejdet er lige begyndt.

“Dette er et af de første studier af sin art med James Webb,” siger Lind-Thomsen. “Med flere data vil vi være i stand til at lære endnu mere om de skjulte strukturer, der former vores kosmos.”

Undersøgelsen er netop blevet offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift The Astrophysical Journal.