Forskere finder universets måske tidligste galakse
Hvordan blev universet til? Svaret på det spørgsmål er netop rykket nærmere. Et internationalt hold forskere har fundet en galakse, som stammer fra universets allertidligste barndom.
Ved hjælp af sin tyngdekraft har galaksehoben MACS J1149 ageret ’forstørrelsesglas’ for galaksen bag ved den. Den nyopdagede galakse fra universets barndom er markeret med en rød cirkel øverst til højre i billedet. (Foto: The CLASH team/The Space Telescope Science Institute)

For 13,7 milliarder år siden blev universet skabt ved the Big Bang. Dernæst blev der skabt stjerner og galakser.

Hvor lang tid der gik, før de første galakser blev dannet, er dog exceptionelt svært at svare på. Universets første galakser observeres nemlig på ekstremt lange afstande og er derfor meget lyssvage og næsten umulige for selv de stærkeste teleskoper at opfange.

Under særlige omstændigheder kan det dog alligevel lade sig gøre. Et sådant held havde et internationalt hold forskere fra blandt andet Danmark for nylig, da de fandt en galakse fra universets tidligste barndom.

Én af universets tidligste galakser

Galaksen med det sexede navn MACS 1149-JD er fra dengang, universet var mindre end 200 millioner år gammelt. Det er muligvis den tidligste galakse, vi endnu kender til (se faktaboks).

Fakta

Det er ikke helt sikkert, at den nyopdagede galakse er den tidligste, vi kender til.

Man har fundet andre galakser, hvis rødforskydninger (afstande, se boks under artiklen) ikke er så nøjagtigt bestemt som denne, og som derfor både kan være tættere på og længere væk.

»Vi ved ikke, hvornår de første galakser blev dannet, men det her er om ikke den første, så i hvert fald en af de tidligste. Den ligger så langt væk fra os, at opdagelsen af den er lige på kanten af, hvad der teknisk set er muligt,« siger Ole Høst, som er postdoc ved University College London og en af medforfatterne på den videnskabelige artikel om opdagelsen.

Opdagelsen er netop publiceret i det anerkendte forskningstidsskrift Nature.

Galaksehob fungerer som forstørrelsesglas

De særlige omstændigheder, som kan være en hjælp for at finde en meget lyssvag galakse, er, at den skal ses igennem en galaksehob, der ligger relativt tæt på Jorden. Ved hjælp af sin tyngdekraft agerer denne hob ’forstørrelsesglas’ for galaksen bag ved den.

Den nye galakse er fundet som en del af ’CLASH’ (Cluster Lensing And Supernovae with Hubble) – et projekt som blandt andet har til formål at studere galaksehobe med forstørrelseseffekten for øje, den såkaldte tyngdelinseeffekt, og altså i håbet om at finde meget unge galakser.

Groft sagt viser resultatet af forskernes modellering af stjernedannelsen, at den var cirka 10 gange lavere på dette tidspunkt i universets historie, end den er i dag. (Foto: Colourbox)

CLASH observerer 25 galaksehobe frem til 2013 på Hubble Space Telescope, og som udgangspunkt var målet at finde fjerne galakser, fra da Universet var 800 millioner år gammelt. Den nye galakse er altså fra en meget tidligere periode, end forskerne havde turdet håbe på.

»Denne galakse ligger ekstremt langt væk, og vi havde aldrig fundet den, hvis den havde været et almindeligt sted ude på himlen, hvor man ikke kunne udnytte sig af tyngdelinseeffekten. Det er på mange måder et spørgsmål om held,« siger Ole Høst.

Kan bestemme antallet af tidlige galakser

Fund af tidlige galakser er ikke kun en opvisning i, hvor langt forskerne og teleskopernes formåen er nået. Det er også et vindue ind til et stort hul i vores viden om universet: dets opståen.

Hvordan udviklede universet sig i dets barndom? Hvornår kom de første galakser? Hvor hurtigt gik det?

Fakta

Galaksehobe er universets største byggesten.

Imellem galakserne i en hob ligger den ’intergalaktiske gas’, som udgør cirka 15 procent af alt stoffet i hoben. Gassen består hovedsagligt af brint.

Vores egen galaksehob bliver kaldt for ’Den lokale gruppe’ og er domineret af tre større galakser, hvor Mælkevejen er en af dem. Den lokale gruppe er meget lille set med astrofysiske briller: Den har cirka 30 galakser i sig.

Forskerne kan ikke svare på det hele ud fra dette ene fund. Men de kan faktisk udregne overraskende mange ting på baggrund af det – de kan blandt andet lave en indkredsning af, hvor mange galakser der har eksisteret på dette tidspunkt i universets historie, samt hvor hurtigt der dannes stjerner – den såkaldte ’Star Formation Rate Density’.

»Groft sagt siger resultatet af vores modellering af stjernedannelsen, at den var cirka 10 gange lavere ved rødforskydning 9,6 (se faktaboks), end den er i dag, og 100 gange lavere, end den var, da den var maksimal, da universet var cirka tre milliarder år gammelt. Det skal dog siges, at der er betydelige usikkerheder i vores estimat,« siger Ole Høst.

Flere undersøgelser venter

En stor del af usikkerheden er dog rent statistisk, så hvis astrofysikerne finder nogle flere galakser ved cirka samme afstand, vil usikkerhedsintervallet hurtigt kunne formindskes.

»Selvfølgelig ville vi gerne have flere, men det kom faktisk som en overraskelse for mig, hvor meget man egentlig kan argumentere for ud fra sådan ét fund,« forklarer Ole Høst.

Fakta

Galakser kan indeholde mange solsystemer, stjernehobe, og forskellige interstellare skyer (stellar = stjerne).

Galakser er så store, at deres størrelser måles i lysår. Mælkevejen har en diameter på 100.000 lysår og en tykkelse på 1.000 lysår.

Næste skridt kunne være at tage endnu ’dybere’ data – længere eksponeringer, der er mere følsomme – eller observationer ved andre bølgelængder, som måske kan afsløre mere om galaksen, fortæller Ole Høst.

»Samtidig er det ønskværdigt, hvis andre forskere efterprøver vores resultater i en uafhængig analyse af de eksisterende data.«

Alt dobbelttjekkes – og tjekkes igen

Der er flere grunde til, at der er fundet så få galakser fra universets allertidligste barndom.

Ud over at være stort set usynlige for selv de allerbedste og moderne teleskoper, kræver det også relativt lang observationstid på én galaksehob for at være sikker på, at det virkelig er en sådan galakse, man har fundet.

Fakta

I starten af oktober vender Ole Høst tilbage til Dark Cosmology Centre på Niels Bohr Institutet, hvor han lavede sin ph.d.

Astrofysikeren Claudio Grillo, som er postdoc ved Dark Cosmology Centre, har også været involveret i opdagelsen af den ’nye’ galakse.

Forskerne har observeret netop denne galakse adskillige gange over en periode på tre måneder. De har krydstjekket observationerne med observationer fra et andet teleskop, NASA’s Spitzer Space Telescope – et rumteleskop der observerer infrarødt lys – og været igennem alle andre forklaringsmuligheder. Disse har de afvist én for en.

De har dobbelttjekket alle udregninger. Og så har de tjekket dem igen.

Galakse er manglende brik i puslespil

’Vi har måske fundet universets første galakse’ er ikke en udmelding, man tager let på.

»Galakser som denne er meget unikke objekter, fordi de kronologisk set er en manglende brik i puslespillet,« siger Ole Høst.

Er det ekstra vigtigt at dobbelttjekke alting, når man finder noget så ekstraordinært som dette?

»Ja, bestemt. Det er en af de simple konkurrencer i astrofysik: Hvem har fundet det objekt, der er længst væk? Hvis vi havde lavet en fejl, ville det blive opdaget. Så man regner lige tingene igennem – mere end to gange og gerne på flere forskellige måder.«

Rødforskydning

Afstande til galakser måles ved hjælp af ’rødforskydning’ af lysets bølgelængde. En given rødforskydning svarer til et bestemt tidspunkt i universets historie. For en given rødforskydning har lyset nemlig brugt et bestemt tidsrum for at komme til Jorden.

Astronomerne udtrykker rødforskydningen ved at skrive z = et tal. For den nyopdagede galakse er rødforskydningen z = 9,6.

Universets udvidelse, der startede ved Big Bang, er årsagen til rødforskydning af lyset fra fjerntliggende objekter i universet.

Udvidelsen strækker lysets bølgelængde. Når bølgelængden bliver større, bliver lyset mere rødt – deraf betegnelsen ’rødforskydning’.