Astrofysikere opdager fjerneste stjerne nogensinde
Forskningen har potentiale til at gøre os klogere på, hvad mørkt stof består af.
Icarus fjern stjerne

Øverst til højre ses et billede fra 2011, hvor Icarus i 2011 ikke er synlig. Det nederste billede er taget i 2016, hvor Icarus' lys er blevet synligt. (Fotos: NASA, ESA, Patrick Kelly/University of Minnesota)

9 milliarder lysår. Så langt har lyset fra stjernen Icarus rejst for at nå frem til os her på Jorden.

Det er ikke bare en verdensrekord, men en præstation, som faktisk burde være umulig. Vores nuværende teleskoper er nemlig slet ikke i stand til at kigge så langt tilbage i tiden.

Når det alligevel har kunnet lade sig gøre, skyldes det et naturligt fænomen, hvor tunge masser afbøjer rummet omkring sig og skaber en slags forstørrelsesglas i rummet. Det vender vi lige tilbage til.

»Normalt kan vi ikke se enkelte stjerner særligt langt væk, fordi de er så lyssvage. Denne stjernes lys blev udsendt for 9 milliarder år siden. Det er ret sindssygt,« lyder det fra Jonatan Selsing, som er ph.d.-studerende på Niels Bohr Institutet og medforfatter på to nye studier i Nature Astronomy.

Amerikansk kollega opdagede lysglimt

Forskerne var egentlig i gang med at studere galaksehoben MACS J1149+2223 i en anden forbindelse, da den amerikanske professor Patrick Kelly opdagede et usædvanligt lysglimt i datasættet. Han samarbejder med de danske forskere om at studere data fra det berømte Hubble-teleskop for at blive klogere på supernovaer i det fjerneste univers.

En supernova er en stjerneeksplosion, som markerer en stjernes endeligt og udsender voldsomme mængder energi på én gang.

Kendte afstande

Forskerne kunne umiddelbart regne afstanden til stjernen Icarus ud, fordi den ligger i samme galakse som en meget velstuderet supernova: Refsdal-supernovaen.

»Dette har stor betydning, for de informationer vi kan aflede for stjernen. Vi kan sige ret præcist, hvad det er for en stjerne, ud fra dens lysstyrke, ud fra de farver vi måler og ved at sammenligne med stjerner, som vi kender fra vores lokale univers,« forklarer Jonatan Selsing.

Patrick Kelly sendte straks sine mystiske observationer videre til sine kollegaer, heriblandt Jonatan Selsing og professor Jens Hjorth ved grundforskningscentret DARK på Niels Bohr Institutet.

»Han skrev bare, at han havde opdaget noget skørt. Til at starte med vidste vi slet ikke, hvad vi havde med at gøre,« fortæller Jonatan Selsing.

Lys forstærket 2.000 gange

Umiddelbart troede forskerne, at de nye observationer kunne dække over en(dnu en) supernova (se faktaboks).

Arnested for berømt supernova

Det er ikke første gang, at galaksehoben MACS J1149+2223 begejstrer. I 2015 forstørrede den lyset fra den berømte Refsdal-supernova hele fire gange.

Det kan du læse mere om i artiklen 'Supernova observeret gennem ekstremt sjældent kosmisk fænomen'.

Men ved et nærmere blik på dataene viste det sig, at det ikke var tilfældet - der var tale om en helt almindelig stjerne.

Stjernens lys havde rejst længere, end nogen anden stjerne vi mennesker tidligere har observeret.

Et lysår er den afstand, det tager lys at rejse på et år, og eftersom forskerne regner med, at universet er omkring 13 milliarder år gammelt, skulle lyset fra Icarus altså have begyndt sin rejse, da universet var 'kun' 4 milliarder år gammelt.

»Det er over 100 gange længere væk end den næstfjerneste individuelle stjerne, vi har observeret. Vi kigger næsten trefjerdedele af tiden tilbage til Big Bang,« siger Patrick Kelly, som er hovedforfatter på de nye studier og arbejder ved University of Minnesota, til theguardian.com.

Stjernens lys var blevet forstærket over 2.000 gange takket være den såkaldte 'gravitationslinseeffekt', som du kan læse mere om i faktaboksen.

Effekten blev yderligere intensiveret af, at stjernen lige nøjagtig bevægede sig henover det sted, hvor lyset blev bøjet allermest. Forskerne kalder det 'den kritiske kurve'.

Gravitationslinseeffekten

... virker som naturens eget, gigantiske forstørrelsesglas. Det er et fænomen, der opstår, når tunge objekter krummer rummet omkring sig. Denne krumning blev første gang forudsagt af Albert Einstein. 

Lyset fra den fjerneste lyskilde, som for eksempel en supernova, bliver afbøjet af tyngdekraften fra lyskilden foran, for eksempel en stor samling galakser, der forstærker lyset fra den fjerne supernova.

Gravitationslinser gør det muligt for os her på Jorden at kigge meget, meget længere tilbage i tid, end det ellers ville være muligt.

Ikke muligt at måle spektrum

Den voldsomme forstørrelse af stjernens lys inspirerede forskerne til at navngive den Icarus efter den græske sagnfigur, som fløj for tæt på Solen. Navnet virker endnu mere passende, når man ved, at stjernen nu forlængst er død og borte.

Ud fra Hubble-dataene kunne forskerne regne sig frem til, at der måtte være tale om en blå kæmpestjerne, som var omkring 10.000 grader varm. Det er dobbelt så varmt som vores sol.

Blå kæmpestjerner er meget varme, store stjerner med masser på op til 100 solmasser. Trods deres imponerende størrelse er de dog ikke usædvanlige.

Forskerne ville gerne have taget et såkaldt ’spektrum’ af stjernen, det vil sige målinger af dens kemiske sammensætning, men det var lyset ikke stærkt nok til.

»Drømmescenariet havde været, hvis vi med et spektrum af stjernen kunne lave detaljerede studier af den kemiske sammensætning, men det kunne desværre ikke lade sig gøre,« fortæller Jonatan Selsing.

Vi skal bruge flere observationer

I stedet gik forskerne på jagt i datasættet efter flere observationer, som kunne bekræfte den første. Og faktisk lykkedes det dem at finde et lignende lysglimt, som ser ud til at være udsendt 8 milliarder lysår fra Jorden.

Denne observation føler holdet sig dog mindre sikre på end den første. Signalet er mindre tydeligt end det fra Icarus, og det er sværere at fastslå, om der overhovedet er tale om en stjerne.

Ikke desto mindre er det klogt at tænke i retning af yderligere observationer, lyder det fra fysikprofessor Ariel Goobar fra Stockholm Universitet. Han har læst, men ikke deltaget i det nye studie. Jo flere observationer, jo bedre målinger, fordi vi næste gang vil vide, hvad vi kigger efter, påpeger han.

»Første gang du laver en måling, er den aldrig helt så god, som den kommer til at være næste gang. De (forskerne, red.) kommer lidt på gyngende grund, særligt med det andet signal, som ikke er superimponerende, og de får ikke lavet alle de målinger, vi gerne ville have set,« siger Ariel Goobar.

»De har vist, at det er muligt«

Ariel Goobar understreger dog, at forskningen er spændende og åbner op for en lang række nye undersøgelser. Heriblandt studiet af, hvordan universets tidligste stjerner udviklede sig.

»Hidtil har vi kun været i stand til at studere individuelle stjerner i vores umiddelbare nabolag og nærmeste galakse. Det her skubber grænserne for, hvad man kan, og jeg er sikker på, at der sidder nogle stjerneforskere derude og hopper af glæde,« siger han.

Ariel Goobar arbejder selv med gravitationslinseeffekten, og det er første gang, at den bruges til så ekstrem en måling, påpeger han. Af samme grund mener han også, at vi bør varsomme med at konkludere alt for meget endnu.

»Med kun to observationer og begrænset data bør man forholde sig lidt afventende. Men de har vist, at det er muligt, og nu skal der så følges op på det.«

Kan sladre om mørkt stof

Allerede når James Webb-teleskopet sendes ud i rummet i 2020, bliver det formentlig muligt at finde mange flere forstørrede stjerner.

Når, og hvis, det sker, kan det ikke blot bruges til at sige noget om stjernerne selv – men sandsynligvis også om mørkt stof.

Mørkt stof er et af universets største mysterier, fordi vi på den ene side ved, at det bør være der, men på den anden ikke har nogen anelse om, hvad det består af. Det giver sig kun til kende ved sin tyngdekraft.

Ifølge én teori for mørkt stof består det af tunge objekter såsom sorte huller, men denne teori forsøger forskerne af udelukke i et af de to nye studier. Her argumenterer de for, at lyskurven fra Icarus ville være mere ’hakket’, hvis det var tilfældet. I stedet er den relativt glat, fortæller Jonatan Selsing.

»Vi kan med det her sige noget om, hvor glat fordelingen af mørkt stof kan være, og hvor meget partiklerne interagerer med hinanden. Det er ikke hugget i sten, at vi har ret i vores fortolkninger, men efterhånden som vi ser flere af de her lysglimt, får vi enten ret eller tager fejl. Indtil videre har vi set to, hvoraf vi ikke er 100 procent sikre på den ene. Det er et meget nyt felt,« slutter han.


Ugens Podcast

Lyt til vores ugentlige podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.