Universets udviklingshistorie omskrives på baggrund af bachelorprojekt fra NBI

En lille gruppe yngre forskere på Cosmic Dawn Center, Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, har gennem observationer af de tidlige stadier af en ekstremt stor galaksehobs udvikling vist, at de største strukturer vi kender til, har en anden historie end vi troede.

Forskerne startede med at observere en meget stor tæthed af kold, neutral brintgas – meget større end forventet, som stadig er aktivt i gang med at danne stjerner og galakser i galaksehoben.

”Det er ikke noget vi har set før i disse systemer og heller ikke så langt tilbage i universets historie. Strukturen af den galaksehob vi har observeret, er usædvanlig – den er meget massiv – altså tung, der er virkelig meget materiale i den, og vi regner med, at den ville  udvikle sig til en af de største galaksehobe, vi nogensinde har set, hvis vi fortsatte udviklingshistorien til i dag”, fortæller Kasper Heintz, adjunkt på Cosmic Dawn Center ved Niels Bohr Institutet og førsteforfatter til studiet.

Kasper fortsætter: ”Det var i sig selv lidt mystisk, at den var så stor, men det passer måske meget godt med, at vi fandt den store mængde kold, neutral gas, som falder ned i strukturen og ”fodrer” dannelsen af galakser”.

Mængden af kold neutral gas passede ikke med tidligere antagelser

En af de ting, der undrede forskerne var, at observationerne af den store mængde neutral brintgas ikke rigtig passede med de udviklingsmodeller, man har for Universets udvikling. Man har tidligere antaget, at ca. en milliard år efter Big Bang, ville galaksehobene lyse så kraftigt, at gassen var blevet ioniseret af lyset eller strålingen – et udtryk for, at gassen er undergået en forvandling fra sin oprindelige ur-tilstand og altså ikke længere var neutral.

Men mængden af kold, neutral brintgas modsagde denne antagelse. Dét forskerne troede var den drivende effekt af den sidste faseovergang i universets udvikling, nemlig ioniseringen af urstoffet i den proces man kalder ”stor-skala ioniseringen af universet”, blev modsagt af de store mængder ikke-ioniseret gas.

Tidligere antagelser har været, at ioniseringen blev drevet af ”lommerne” af lysende galaksehobe. Men der er en meget større andel af kold, neutral brintgas tilbage, end modellerne viste på dette tidspunkt i Universets historie.

Der har vist sig at være mange flere, lignende strukturer af galakser

Dette spørgsmål skal forskerne nu prøve at undersøge, ved at observere andre galaksehobe. Specialestuderende Chamilla Terp benytter nu sit specialeprojekt til at observere flere forskellige typer galaksehobe med James Webb Space Telescope (JWST).

Chamilla opdagede den første overtæthed af kold, neutral gas gennem de undersøgelser hun lavede i sit bachelorprojekt, så den naturlige udvikling er, at hun fortsætter med undersøgelserne.

Ikke nok med det, det lykkedes hende også at skabe en metode, som gjorde det muligt at separere observationerne af den gas, der ”hører til” de galakser, man ønsker at observere, fra den gas der ligger ”foran” den – i det (enorme) rum i sigtelinjen fra James Webb teleskopet. Dermed kunne man langt mere præcist observere udviklingen i den enkelte galaksehob – et afgørende fremskridt i metode.

Og der har allerede vist sig at være flere af denne type strukturer end forskerne regnede med, selv når de kigger ”dybt” ud i universet, som JWST gør – altså i et lille synsfelt. Ser man dybt og langt ud i universet, ser man også langt tilbage i tiden, så man netop får øje på tidlige udviklingsstadier – fx af galaksehobe.

Dermed opstår endnu et mysterium. Hvorfor ser man den tidlige fødsel af talrige strukturer i universet, som er meget store – men i dag ser vi faktisk ikke de strukturer. Så hvor er de blevet af? Hvorfor er de forsvundet undervejs i universets udviklingshistorie?

Resultatet er nu udgivet i Nature Astronomy: https://www.nature.com/articles/s41550-025-02745-x