Astronomer finder den hidtil tidligste galakse

Når ting er langt væk, er de svære at få øje på. Alligevel er det lykkedes astronomer fra USA, Israel og Italien at finde en galakse, der er så langt væk, at lyset fra den har været mere end 13 milliarder år undervejs, før vi kunne opfange det her på Jorden. Opdagelsen er beskrevet i det videnskabelige tidsskrift Nature.

Universet var kun 700 millioner år gammelt, da galaksen z8_GND_5296 lyste op i verdensrummet. Det gør galaksen til den tidligste og fjerneste, der hidtil er fundet – i hvert fald af dem, som er undersøgt ved hjælp af spektroskopi, hvilket gør dateringen ganske sikker.

»Det er den galakse, der har den hidtil højeste rødforskydning, målt spektroskopisk,« siger Ole Høst, der er postdoc ved Dark Cosmology Centre på Niels Bohr Institutet under Københavns Universitet.

»Galaksen indeholder rigtig mange unge, nydannede stjerner, og der dannes nye stjerner ved forbløffende høj rate.«

En linje af lys gav svaret

Lys udsendt af fjerne galakser rejser gennem universet med en bestemt hastighed – lysets hastighed på 299.792.458 meter i sekundet. Det når altså frem til os med en vis forsinkelse, som bliver større, jo længere galaksen er væk. På den måde kigger vi langt tilbage i universets historie, når vi ser lyset fra fjerne himmellegemer.

Mens lyset har faret gennem tomrummet, har universet udvidet sig, og det betyder, at lysets bølgelængde er blevet længere. Farven af lyset bliver forskudt mod det røde eller ligefrem infrarøde område. Denne rødforskydning kan måles, og i kombination med kosmologiske modeller over universets udvikling afslører den, hvornår lyset blev udsendt.

Lyset fra et himmellegeme som en galakse har alle mulige farver – et bredt spektrum af bølgelængder. Men astronomerne er særligt interesserede i lys, der er udsendt ved ganske særlige bælgelængder. Man kan nemlig bedst måle rødforskydningen, hvis man kender den normale bølgelængde for en bestemt type lys. Det kan for eksempel være det lys, som brintatomer udsender, når de skifter fra én energitilstand til en anden.

Lyset viser sig som en særlig linje i et spektrum med lys af alle bølgelængder – en spektrallinje. Så kan man sammenligne denne spektrallinje med den tilsvarende linje i et lysspektrum fra en fjern galakse og se, hvor langt linjen har rykket sig. Det er det, som forskerne bag opdagelsen af z8_GND_5296 har gjort.

Andre bud på den tidligste galakse

Der har tidligere været meldinger om galakser, der var endnu tidligere på den. For eksempel kan galaksen MACS0647-JD været dannet allerede 420 millioner år efter Big Bang.

LÆS OGSÅ: Forskere finder universets måske tidligste galakse

Men i disse tilfælde er usikkerheden i dateringen større, fordi forskerne har målt rødforskydningen ved hjælp af fotometri frem for spektralanalyse.

Med fotometri fanger man så meget lys som muligt og måler himmellegemets lysstyrke ved forskellige bølgelængder. Så får man sine data til at passe med en teoretisk model af en galakse. Men med den fotometriske metode kan man ikke se det særlige lys, der viser sig som linjer i et spektrum. Derfor er metoden mindre nøjagtig end den spektroskopiske. Desuden kan man ikke altid være helt sikker på, at det rent faktisk er en fjern galakse, man har fået øje på.

Bedømt efter sølvstandarden

»De tidligste galakser er så langt væk, at vi ser meget lidt lys fra dem. Derfor er det forbandet svært at måle en spektrallinje, selv med et stort teleskop og en følsom spektrograf. Ofte er en fotometrisk måling det bedste, man kan få,« siger Ole Høst.

Allerbedst ville det være, hvis man kunne gøre det endnu bedre, end astronomerne bag fundet af z8_GND_5296 har gjort det – hvis man både kunne benytte fotometri og finde mere end blot en enkelt spektrallinje, som man kunne måle rødforskydningen af.

»Hvis man virkelig skal have en sikker bestemmelse af rødforskydningen, så skal man helst bruge to eller flere linjer. Det kan man kalde guld-standarden. En enkelt linje, som astrofysikerne har målt i dette tilfælde, må være sølv-standarden, og så er fotometri bronze-standarden, så at sige.«

Masser af nye stjerner

Ud fra styrken og bølgelængderne af det lys, som astronomerne kan opfange fra galaksen, kan de sige noget om, hvor stor den er, og hvor mange nye stjerner, der opstår i den om året.

Den bedste model af galaksen tyder på, at stjernerne i den har en samlet masse, der svarer til en milliard stjerner som Solen, og hvert år dannes der nye stjerner med en samlet masse på cirka 330 solmasser. Til sammenligning dannes der kun en enkelt eller to nye stjerner om året i Mælkevejen.

Så allerede på dette tidlige tidspunkt i universets historie var der fuld fart i stjernedannelsen i z8_GND_5296, som er fundet og undersøgt ved hjælp af rumteleskopet Hubble og det enorme Keck-teleskop på Hawaii.

Flere observationer er nødvendige

»Det er en ekstraordinær galakse, fordi den danner stjerner med så høj en rate. Men spørgsmålet er så, hvor overraskede vi skal være over at se sådan en galakse så tidligt i universets historie. For det er også sådan en galakse, vi vil have lettest ved at se,« fortæller Ole Høst.

Den kraftige stjernedannelse, der observeres i z8_GND_5296, behøver altså ikke at betyde, at de tidligste galakser generelt dannede stjerner i rekordfart. I stedet kan det være, at det blot var den, som astronomerne kunne få øje på, netop fordi den bestod af unge, kraftige stjerner, og der var godt gang i stjernedannelsen.

»Vi vil jo gerne kortlægge, hvilken type galakser der blev dannet så tidligt. Der har måske nok været en blandet landhandel af galakser, og dem vil vi selvfølgelig gerne karakterisere og vide mere om. Men det er jo svært, når vi kun kan se ganske få galakser fra dengang.«

Formentlig vil nye målinger fra Hubble-teleskopet afsløre flere af de meget tidlige galakser, så astronomerne kan få klarlagt, hvordan de første stjerner og galakser opstod, og hvordan de så ud. Ellers må de væbne sig med tålmodighed og vente på Hubbles afløser, det store James Webb rumteleskop. Det er ved at blive samlet og bliver forhåbentlig sendt op i 2018.