Kosmisk forstørrelsesglas skaber superzoom på fjern galakse
»Det er som at være et barn i en slikbutik« at kunne stille skarpt på en galakse så langt borte, siger forsker.
Universet set fra jorden

Den fjerne galakse er blevet observeret ved hjælp af en ret genial forstørrende effekt ude i rummet. (Foto: Shutterstock)

For lang tid siden i en fjern, fjern galakse…

Det lyder måske som noget fra Star Wars-universet, men det, du skal til at læse om, er faktisk en af virkelighedens fjerne galakser, der ligger så langt væk fra os, at det tager dens lys 11 milliarder år at nå frem til Jorden.

Det betyder, at vi ser galaksen, som den så ud, da universet kun var 2-3 milliarder år gammelt og altså stadig i sin spæde barndom.

I et nyt studie har forskere draget nytte af en særlig forstørrelsesglas-effekt til at studere den fjerne galakse - uden forstørrelsesglas-effekten ville det være umuligt at nærstudere, hvad der befinder sig inde i så fjerne galakser, selv med de stærkeste teleskoper.

»Det er helt fantastisk. Forstørrelsesglas-effekten mellem Jorden og den fjerne galakse er så kraftfuld, at vi kan studere galaksen i næsten lige så høj opløsning, som når vi studerer galakser tæt på os,« siger førsteforfatter Raoul Cañameras, postdoc ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet, til Videnskab.dk.

Det nye studie handler helt konkret om, hvordan stjerner dannes i den fjerne galakse og er udgivet i Astronomy and Astrophysics.

Ifølge en uafhængig forsker, er det nye resultat en vigtig brik i at forstå universets historie, men mere om det længere nede i artiklen.

En fascinerende bedrift

Før vi dykker ned i resultatet af forskningsprojektet, skal du høre, hvordan forskerne overhovedet har været i stand til at nærstudere galaksen ‘The Emerald’, hvis navn på dansk kan oversættes til ‘Smaragden’.

Om galaksen The Emerald

The Emerald er gigantisk: Galaksen har en masse, der er 100 milliarder gange større end Solens - det er meget sammenlignet med andre galakser i det tidlige univers.

The Emerald former stjerner med nærmest eksplosiv hastighed: Galaksen former stjerner 100 gange hurtigere end Mælkevejen og er derfor fuld af stjerner. Så mange, at massen af de stjerner, som The Emerald former om året, lagt sammen svarer til 100-200 gange Solens masse. 

Det er svært at sige, hvilken betydning det ville have for os jordboere, hvis Mælkevejen var lige så hyperaktiv i sin stjerneformation som The Emerald. En overvejelse lyder, at vi måske ville blive skadet af den enorme UV-stråling, som de mange stjerner ville udsende.

Kilde: Raoul Cañameras

Selvom The Emerald ligger langt uden for vores galakse, Mælkevejen, har forskerne bag de nye studier zoomet helt ind på den.

En fascinerende bedrift, mener en rumforsker, der ikke har været involveret i det nye forskningsprojekt:

»Det er som at være et barn i en slikbutik at kunne stille skarpt på så fjerne objekter, der er så klare. Vi har adgang til galaksen i en meget høj opløsning og detaljeringsgrad,« siger Thomas Greve, seniorforsker ved Cosmic Dawn Centret, Institut for Rumforskning og Rumteknologi på DTU Space. Han har vurderet det nye studie for Videnskab.dk.

Galakser på stribe skaber superzoom

Mellem Jorden og The Emerald ligger en såkaldt 'galaksehob’, og det er takket være den, at forskerne overhovedet kan observere en galakse, der befinder sig så mange milliarder lysår borte som The Emerald.

»Gruppen af galakser imellem Jorden og baggrundsgalaksen The Emerald ligger fuldstændig i forlængelse af hinanden, og det skaber en forstørrelsesglas-effekt. Galakserne virker som en linse, der booster lyset fra baggrundsgalaksen. Det er det, der gør The Emerald så klar og lysstærk set fra Jorden,« siger Thomas Greve.

Forstørrelsesglas-effekten er sjælden.

Rumforskere kender ganske vist til hundredvis af galakser, der kan ses igennem lignende linser - men selvom det måske ikke lyder sådan, er det et beskedent antal. Det skal nemlig holdes op imod det hav af galakser, man kan se på himlen med superstærke teleskoper, forklarer Thomas Greve.

The Emerald-galaksen

Her er området omkring The Emerald set igennem Hubble-rumteleskopet. Inde i firkanten i midten af billedet kan du se lyset fra galaksen The Emerald. De små sorte firkanter indeni lyscirklerne på billedet er de galakser, der ligger imellem Jorden og The Emerald. Den orange cirkel er der, hvor forstørrelsesglas-effekten er stærkest. (Foto: Raoul Cañameras et al.)

Sådan bliver galakserne til et kæmpe forstørrelsesglas

Hvis du gerne vil nørde forstørrelsesglas-effekten helt i bund og forstå, hvordan galaksehoben imellem Jorden og The Emerald kan fungere som et forstørrelsesglas, så læs med her. Ellers, kan du springe dette afsnit over.

Forstørrelsesglas-effekten hedder ‘gravitationslinseeffekt’. Den skabes, når lyset, som The Emerald udsender, bliver afbøjet på sin rejse igennem galaksehoben, når det er på vej ned mod vores planet.

Videnskab.dk har tidligere udskrevet en konkurrence blandt læserne, hvor vi bad om hjælp med at finde navn på et rumfænomen, som netop udsprang af denne effekt.

Når lyset bliver afbøjet, synes det kraftigere for os på Jorden.

Galaksehobe kan afbøje lyset, fordi galakser har en stor masse. Objekter med en stor masse kan krumme rummet omkring sig og på den måde lave flere billeder af de objekter, der er bag dem, hvilket i det her tilfælde er galaksen The Emerald.

På den måde kan galaksehobe blive til et gigantisk forstørrelsesglas.

Selvom gravitationslinseeffekten er sjælden, er den ikke noget nyt fænomen. Det blev allerede forudsagt af den tyske fysiker Albert Einstein i 1912 - 4 år før han udgav ‘Den generelle relativitetsteori’.

Det lykkedes imidlertid ikke forskere at observere det første fjerne rum-objekt gennem en gravitationslinse før 1979, og man har ikke kunnet observere galakser som the Emerald før 2010.

De otte år, der er gået siden, er dog ikke meget, når man taler om rumforskning, fortæller Thomas Greve, og derfor er der stadig masser vi ikke ved om galakser som The Emerald.

Sådan her ser det ud, når lysstrålerne fra et objekt langt væk fra Jorden (her en såkaldt ‘kvasar’, som er en særlig type af galakse), bliver "forstærket" af massen fra en mellemliggende galakse ved at mange "lysstråler" samles hos iagttageren (istedet for at blive spredt i de oprindelige retninger). På den måde kan vi se lys fra baggrundsgalaksen meget tydeligt fra Jorden. (Video: HubbleESA)

Det kosmiske forstørrelsesglas er også en tidsportal

Nu bliver det for alvor syret. For udover at være et ultrastærkt forstørrelsesglas fungerer galaksehoben imellem vores Jord og the Emerald også som en form for tidsportal.

Tidsportalen lader os se den fjerne galakse, som den så ud, da universet kun var 2-3 milliarder år gammelt - kun 20 procent af sin nuværende alder på 13,7 milliarder år.

»Det vil sige, at hvis du startede et kosmisk ur ved Big Bang og ventede 2-3 milliarder år, så er det den tidsperiode, man ser igennem gravitationslinsen,« siger Thomas Greve.

Tidsportalen, der lader os se universet i et meget tidligt udviklingsstadie, opstår, fordi det tager lyset fra en galakse så langt væk meget lang tid at nå ned til Jorden, forklarer Thomas Greve og fortsætter:

»Så det lys, vi ser fra galaksen, har rejst mod os i mange milliarder år, fordi galaksens afstand til Jorden er så stor. Af samme grund ser vi først sollyset, når det er 8 minutter gammelt, eftersom det tager lyset 8 minutter at nå fra Solen ned til Jorden. Vi ser det altså forskudt.«

Universets historie

På tidslinjen kan du se, hvordan elementerne i universet har udviklet sig til det univers, som vi kender i dag.  (Illustration: The AstronomyBum/Wikimedia)

Der findes flere forskellige typer af galakser

Spiralgalakser, som for eksempel Mælkevejen, ligner lidt en strømhvirvel, hvor buede arme udgår fra en lysende kerne i midten.

Bjælkegalakser ligner spiralgalakser, men deres lysende kerne i midten ligner en bjælke.

Elliptiske galakser er lysende ellipseformede cirkler.

Irregulære galakser kan se meget forskellige ud, og passer ikke ind i nogle af de andre kategorier.

Starburstgalakser har kun været kendt siden slutningen af 1990’erne og er kendetegnet af at ligge meget langt væk og lyse med et meget stærkt infrarødt lys.

En puslebrik i universets udvikling

Nu spørger du måske dig selv, hvorfor det er så vigtigt at vide noget om, hvordan galakser har set ud for så længe siden. Det er der ifølge Thomas Greve en god forklaring på:

»Det er en vigtig brik i at forstå, hvordan strukturer i universet såsom galakser har udviklet og formet sig til det, vi ser i dag,« siger rumforskeren og fortsætter:

»Selvom vi har kigget på nære galakser, har vi brug for at forstå fjerne galakser, såsom The Emerald, fordi de er 'bedsteforældre' til nogle galakser, som er tættere på os.«

I 2014 opdagede danske forskere fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet, at ældgamle ‘starburstgalakser’ som The Emerald er et tidligt forstadie til de elliptiske galakser, der eksisterer i dag.

Da starburstgalakserne i det tidlige univers var færdige med at forme stjerner, slog de sig sammen med mindre galakser og formede de gigantiske, elliptiske galakser, som eksisterer i dag.

Starburstgalakser til eliptiske galakser

Oversigt over hvordan støvede starburstgalakser har udviklet sig til de lokale eliptiske galakser, der eksisterer i dag. (Illustration: NASA, ESA, S. Toft, Niels Bohr Instituttet, og A. Feild, STScI)

Mysteriet om stjerners lynhurtige fødsel i hyperaktive galakser

Grunden til, at forskergruppen overhovedet ville studere The Emerald, var, fordi galaksen har nogle særlige karakteristika, som forskerne var interesserede i:

I modsætning til vores galakse, Mælkevejen, fødes og dør stjerner med ekstremt høj hastighed i The Emerald.

Faktisk formes stjernerne i The Emerald 100 gange hurtigere end i Mælkevejen, og forskerne ville finde ud af hvorfor.

»Vil ville se, om fjerne galakser opfører sig, ligesom dem, vi kender, som ligger nærmere Jorden. Galakser som The Emerald er tidlige stadier af galakser tættere på os, så derfor kan deres stjerneformation hjælpe os med at forstå det lokale univers bedre,« fortæller førsteforfatter Raoul Cañameras.

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

Studie understøtter teori om eliptiske galakser 

Ved at nærstudere The Emerald fandt forskerne simpelt forklaret, at der vil stoppe med at blive dannet nye stjerner i galaksen med ligeså høj hastighed, fordi meget af den molekylære gas, stjerner bruger som brændstof, pustes ud af galaksen, som stjernerne formes i.

Når meget af stjerners brændstof pustes ud af områderne, hvor stjernerne formes, vil det bremse og ultimativt stoppe dannelsen af nye stjerner.

Eliptiske galakser er stort set sammensat af ældre stjerner og indeholder ikke særlig meget gas til at danne nye stjerner. På den måde giver teorien om, at eliptiske galakser er sene stadier af starburstgalakser, endnu mere mening, fordi det forklarer, hvorfor de eliptiske galakser ikke rummer så meget gas. 

Raoul Cañameras ser frem til, at forstørrelsesglas-effekten vil hjælpe endnu flere rumforskere verden over med at finde masser af fjerne galakser med lignende stjerneformation.

Rum-teleskoper the emerald galakse

The Emerald-galaksen er blevet observeret med to radioteleskoper, der er 15 og 30 meter høje og står på henholdsvis Veleta-bjerget i Spanien og i de franske alper. (Foto: DiVertiCimes, IRAM)

Videnskab.dk Podcast

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