»Jeg troede helt seriøst, at jeg havde lavet en fejl i min analyse,« siger Chamilla Terp, der studerer astrofysik på Københavns Universitet.
Hun var i gang med sit bachelorprojekt på fysikstudiet, da hun observerede noget mystisk.
En fjern galakse viste både, at en del af lyset blev opslugt af noget materiale, og samtidig en overraskende mængde lys - noget, som eksisterende teorier ikke kunne forklare.
Efter nærmere undersøgelse viste det sig, at lyset var påvirket af en stor mængde gas mellem Jorden og galaksen.
»Jeg var helt ny i feltet, så jeg forstod ikke, hvor mystisk det egentlig var,« fortæller den kun 24-årige Chamilla Terp til Videnskab.dk.
Sammen med andre forskere, der havde spottet lignende galakser i samme område, banede Chamilla Terps bachelorprojekt vejen for et nyt studie, ledt af hendes vejleder Kasper Heintz med store bidrag fra Chamilla selv. Det er netop udgivet i tidsskriftet Nature Astronomy.
Det nye studie, som også den fremadstormende fysiker Albert Sneppen har taget del i, piller ved vores idé om, hvordan universet så ud i sin tidlige barndom.
Forklaringen på dette følger her:
Universets store oprydning
Big Bang skete for cirka 13,8 milliarder år siden.
Hvad der skete i de første milliarder af år, da universet fandt sin tidlige form, er noget, der i mange år har optaget astrofysikere. De er nysgerrige på, hvordan det hele begyndte.
Forskere har længe troet, at universet allerede én milliard år efter Big Bang havde gennemgået en stor oprydning.
Simuleringen herunder viser, hvordan forskerne forestiller sig, at gas og galakser har udviklet sig:
Den tætte tåge af neutral brintgas, som engang fyldte hele rummet, burde være væk, fordi de første stjerner og galakser efterhånden havde oplyst det meste af universet.
Men Chamilla Terp og kollegers arbejde viser, at virkeligheden kan være mere kompleks.
En protoklynge fyldt med overraskelser
Studiet undersøgte en protoklynge, som er en tidlig forløber til en galaksehob.
Man kan tænke på den som en slags ‘byggeplads’, hvor galakser er i gang med at samles til større strukturer.
Den protoklynge, som forskerne har observeret, ligger i stjernebilledet Den Kemiske Ovn, som du kan se her:
Forskerne havde forventet at se et område, der allerede var godt i gang med at ionisere sin omverden. Ionisering betyder, at energien fra de unge galakser river elektroner løs fra atomerne omkring dem, så gassen bliver ladet og mere gennemsigtig.
Når gas bliver ioniseret, bliver den lysere og klarere at se igennem i teleskoper, mens uioniseret gas kan virke mere mørk og tung, næsten som en usynlig ‘sky’, der skjuler noget af lyset.
I stedet opdagede de en stor mængde kold, neutral brintgas, som stadig omgiver protoklyngen.
Det viser, at området endnu ikke er fuldt ‘oplyst’ af de unge galaksers energi, og at processen med at omdanne gas til ioniseret, gennemsigtig gas stadig er i gang.
I videoen herunder kan du se, hvordan mængden af metaller i galaksehoben udvikler sig:
»Det omskriver fuldstændig vores forståelse af, hvordan denne faseovergang fra neutral til ioniseret gas foregår i det tidlige univers,« siger Kasper Elm Heintz, adjunkt ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet og førsteforfatter på studiet.
Gassen kunne ikke ses direkte, men afslørede sig selv ved at absorbere lyset fra galakser, der lå endnu længere væk.
Gassen ‘skyggede’ for lyset, og efterlod nogle bestemte mønstre i lysets spektrum. Ud fra mønstrene kunne forskerne finde frem til én stor, sammenhængende sky, som omslutter hele protoklyngen.
\ Hvad er ionisering?
Når astronomer taler om ionisering, så mener de, at elektronerne fjernes fra atomer, så
de ikke længere er elektrisk neutrale.
Efter Big Bang var universet først meget varmt og fuldstændig ioniseret, men efterhånden som det udvidede sig og kølede ned, kunne elektroner og protoner danne neutrale hydrogenatomer. Det gjorde universet gennemsigtigt, så lys kunne bevæge sig frit.
Når de første stjerner og galakser begyndte at lyse, sendte de ultraviolet lys, som var så energirigt, at det kunne slå elektroner løs.
Senere, da de første stjerner, i de første galakser, begyndte at lyse, udsendte de ultraviolet stråling med så høj energi, at den igen fjernede elektroner fra hydrogenatomerne. Denne proces kaldes gen-ionisering (reionisering).
Hvis vi kan måle, hvornår denne ionisering fandt sted, så kan vi bestemme tidspunktet, hvor de første stjerner tændte.
Kilde: Bertil Dorch, astrofysiker og lektor på Syddansk Universitet
Fødslen af stjerner og galakser
Når forskerne bag studiet kan vise, at der eksisterer enorme skyer af neutralt gas selv i tætte områder, med aktive, lysende galakser, tvinger det resten af forskningsverden til at revurdere tidligere forestillinger om universets udvikling, forklarer astrofysikeren Bertil Dorch.
»Den enorme mængde neutral gas betyder, at stjernedannelse muligvis kunne foregå mere intensivt og måske tidligere, end forskerne hidtil har antaget.«
»Det påvirker vores forståelse af, hvordan galakser voksede og samlede sig til de kæmpestrukturer, vi ser i dag,« forklarer lektoren fra Syddansk Universitet, som har læst studiet for Videnskab.dk.
Se udviklingen i temperaturen på galaksehoben i videoen herunder:
Han fremhæver også, at fundet har konsekvenser for forståelsen af universets kemi og vores egen oprindelse.
»Stjerner skaber grundstoffer under deres liv og død, og det stof, de danner, bliver til de elementer, vi kender i dag,« siger han og tilføjer:
»Ved at kortlægge, hvor meget gas der var til stede i universets barndom, kan forskere bedre forstå, hvordan det råmateriale, som vi selv består af, blev dannet og organiseret.«
Han understreger dog, at resultaterne, som altid i forskningsverdenen, skal bekræftes af uafhængige studier, før vi kan være sikre på, at forskernes nye forståelse af universets barndom faktisk holder vand.
\ Sådan opdager man usynlig gas
Neutral brint udsender næsten ikke lys, så den kan ikke ses ved hjælp af teleskoper. Forskerne brugte i stedet en metode, der minder om at lave et kosmisk skyggebillede.
De målte lyset fra 12 galakser, der lå bag protoklyngen - altså længere væk fra Jorden. Lyset passerede gennem gasmassen, og den neutrale brint absorberede bestemte bølgelængder af lyset.
Resultatet blev små “huller” eller absorptionslinjer i lysets spektrum. Ved at analysere dybden og bredden af disse huller kunne forskerne beregne:
- Hvor meget gas, der var til stede
- Hvor tæt den var
- Om gassen lå samlet i én stor sky eller var fordelt på mindre områder
Ved at sammenligne dataene med teoretiske modeller - altså matematiske og computergenererede repræsentationer af, hvordan gas og galakser interagerer - kunne de se, at skyggen ikke kom fra de enkelte galakser, men fra én stor, sammenhængende sky omkring hele protoklyngen.
Kilde: A dense web of neutral gas in a galaxy proto-cluster post-reionization (2025)
Huller i vores forståelse
Galaksehobe er de største strukturer i universet og rummer hundredvis til tusindvis af galakser, som holdes sammen af tyngdekraften. Forståelsen af, hvordan de dannes, er afgørende for at forstå universets udvikling, forklarer Chamilla Terp.
»Det er måske et af de første klare eksempler på, at billedet ikke er så simpelt,« siger hun og tilføjer.
»Der er stadig huller i vores forståelse af, hvordan universet blev oplyst.«
I videoen nedenfor kan du se, hvordan gassen bevæger sig:
Astrofysiker Bertil Dorch ser netop denne åbne udforskning som essensen af forskning.
Fundet viser, at universet ikke altid følger de forventede regler, og at modeller kun er et udgangspunkt for at forstå en langt mere nuanceret virkelighed.
»Som forsker ser man altid frem til, at flere uafhængige studier bekræfter resultaterne. Hvis andre forskergrupper finder det samme, kan vi være mere sikre på, at denne forståelse af universets barndom er korrekt,« siger han.
Han fremhæver, at netop denne proces med observation, analyse, teoriudvikling og efterprøvning er, hvad der driver videnskaben fremad.
Fundet af den enorme sky af neutral brintgas er derfor ikke bare et enkeltstående mysterium; det er et skridt på vejen til at forstå universets første milliarder år.
Læs om brug og viderebringelse af Videnskab.dk's artikler.
