Ny viden om tidlige galakser
De tidlige galakser i universet var meget anderledes og havde en anden sammensætning af stoffer end vore dages galakser. Med nye detaljerede undersøgelser udført med ESO Very Large Telescope og med Hubble rumteleskopet har forskere fra bl.a. Niels Bohr Institutet undersøgt en tidlig galakse i hidtil uset detalje og fundet en række vigtige egenskaber som størrelse, masse, indhold af grundstoffer og klarlagt galaksens tempo til at danne nye stjerner. Resultaterne er publiceret i det videnskabelige tidsskrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
"Galakser er dybt fascinerende objekter. Frøene til galakser er kvantefluktuationer i det helt tidlige univers og forståelsen af galakser knytter dermed det allerstørste sammen med det allermindste. Det er kun inde i galakser, at gassen kan blive kold og tæt nok til at danne stjerner og galakser er derfor stjerners fødesteder", fortæller Johan Fynbo, professor i Dark Cosmology Centre på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.
Kvasarer er nogle af de mest lysstærke objekter i universet, og kvasarer kan bruges som fyrtårne til at studere universet mellem kvasarerne og Jorden. Forskerne har her fundet en galakse, der ligger foran en kvasar og ved at studere absorptionslinierne i lyset fra kvasaren, har de i stor detalje målt grundstofindholdet i galaksen på trods af, at vi her ser ca. 11 milliarder år tilbage i tiden. (Illustration: Chano Birkelind)
Tidligt i universet blev galakserne dannet af store skyer af gasser. Gas er universets råmateriale til at danne stjerner. I galakserne kan gassen køle ned fra de mange tusinde grader, den havde udenfor galaksen. Når gassen afkøles bliver den fortættet, og til sidst bliver gassen så kompakt, at den kollapser til en kugle af gas, hvor trykket opvarmer stoffet, så der opstår en glødende gas-kugle – en stjerne er født.
Cyklus af stjerner
I stjernernes glohede indre smelter brint og helium sammen og danner de første tungere grundstoffer som kulstof, kvælstof, ilt og videre til magnesium, silicium og jern. Når hele kernen er blevet omdannet til jern, kan der ikke udvindes mere energi, og så dør stjernen. Hver gang en tung stjerne er udbrændt og dør, sender den skyer af gasser og nydannede grundstoffer ud i rummet, hvor det indgår i de gasskyer, der bliver tættere og tættere for til sidst at kollapse og danne nye stjerner. De tidlige stjerner indeholdt kun en tusindedel så meget af grundstofferne som Solen i dag. Hver generation af stjerner bliver på den måde rigere og rigere på tunge grundstoffer.
I vore dages galakser har vi en masse stjerner og mindre gas. I de tidlige galakser var der meget gas og få stjerner.
"Vi vil gerne forstå denne kosmiske udviklingshistorie bedre ved at studere meget tidlige galakser. Vi vil gerne måle, hvor store de er, hvad de vejer, og hvor hurtigt, der dannes stjerner og tunge grundstoffer", fortæller Johan Fynbo, der har udført forskningen sammen med bl.a. Jens-Kristian Krogager, ph.d-studerende på Dark Cosmology Centre på Niels Bohr Institutet.
Tidlig mulighed for planetdannelse
Forskerholdet har i stor detalje studeret en galakse, som befinder sig ca. 11 mia. år tilbage i tiden. Bag ved galaksen er der en kvasar, som er et aktivt sort hul, der lyser stærkere end en galakse. Ved hjælp af lyset fra kvasaren fandt de galaksen med kæmpeteleskoperne, VLT i Chile. Den store mængde gas i den unge galakse absorberede simpelthen en masse af lyset fra den bagvedliggende kvasar. Her kunne de 'se' (altså via absorption) de ydre dele af galaksen. Endvidere får aktiv stjernedannelse noget af gassen i galaksen til at lyse, så den kunne observeres direkte.
Ved hjælp af Hubble rumteleskopet har forskerne kunnet lokalisere den galakse, der forårsager absorptionen i den bagvedliggende kvasar. I billedet til venstre ses kvasaren som den klare kilde i centrum, mens den absorberende galakse, som altså ligger foran kvasaren, ses til venstre og lidt over kvasaren. I billedet til højre er det meste af lyset fra kvasaren fratrukket, så galaksen ses tydeligere. Afstanden mellem centrum af galaksen og det sted, hvor lyset fra kvasaren passerer, er ca. 20.000 lysår, hvilket er lidt mindre end afstanden mellem Solen og centrum af Mælkevejen.
Med Hubble rumteleskopet kunne de ydermere se selve de nydannede stjerner i galaksen, og de kunne beregne, hvor mange stjerner, der var i forhold til den samlede masse, som består af både stjerner og gas. De kunne nu se, at den relative andel af tungere grundstoffer er den samme inde i midten af galaksen som i de ydre dele, og det viser, at de stjerner, der tidligere er dannet inde i midten er med til at berige stjernerne i de ydre dele med tungere grundstoffer.
"Ved at kombinere observationerne fra begge metoder – absorption og emission – har vi fundet ud af, at stjernerne har et indhold af ilt, som svarer til ca. 1/3-del af Solens iltindhold. Det betyder, at allerede for 11 mia. år siden havde tidligere generationer af stjerner i galaksen bygget et grundstofindhold op, som gjorde det muligt, at der kunne dannes planeter som Jorden", konkluderer Johan Fynbo og Jens-Kristian Krogager.
Artikel i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.