Vi er vant til at kigge op på nattehimlen og se stjerner og galakser ligge pænt og adskilt i hver deres afkrog af universet, men så ordentligt har det ikke altid set ud.
Unge galakser levede nemlig i et rodet univers sammenlignet med det, vi lever i i dag.
Dét minder danske forskere os om efter deres opdagelse af 16 galakser observeret inden for 1 milliard år efter Big Bang, som har et helt andet forhold mellem, hvor meget stjernemasse og hvor mange tunge grundstoffer de har.
Det kan skyldes, at unge galakser ikke bare lå ordentligt og separat fra hinanden, men modtog rigelige mængder af frisk brint-gas fra deres omgivelser og naboer.
Forskerne diskuterer disse observationer i et nyt studie i det videnskabelige tidsskrift Nature Astronomy.
»Der lader til at være tale om en helt ny proces for galaksedannelse og -udvikling, som vi ikke har observeret før,« siger Kasper Elm Heintz, adjunkt i ekstragalaktisk astronomi på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet og hovedforfatter til den videnskabelige artikel.
Nærmere kig på fjerne galaksers lys viser deres anderledes opbygning
Jo længere lyset fra et objekt, for eksempel en galakse, skal rejse gennem rummet for at nå os, jo længere tilbage i tiden kigger vi, når vi ser på det.
Hubble-rumteleskopet har kun kunnet kigge 11-12 milliarder år tilbage. For galakser i det tidsrum har det set ud, som om at jo mere af deres masse der består af stjerner, jo flere tunge grundstoffer har de. Tunge grundstoffer er dem, der er tungere end helium og brint.
Det har nærmest været en fast regel i astronomi, men nu hvor James Webb-rumteleskopet giver os et blik på galakser inden for de første 1 milliard år efter Big Bang, viser det sig, at forholdene kan være meget anderledes.
De unge galakser har i gennemsnit fire gange mindre mængder af tunge grundstoffer, end hvad man kan forvente i ældre galakser.
»Der sker altså noget meget anderledes i galakserne inden for den her første milliard år af universets levetid,« siger Kasper Elm Heinz.
Forskerne bag studiet mener, at det mest sandsynlige er, at unge galakser har haft en stor tilførsel af brintgas fra det omkringliggende rum.
Universet bestod oprindeligt kun af brint og helium, de to letteste grundstoffer. De tungere blev skabt senere af stjernerne, så derfor er der et fast forhold mellem mængden af stjerne i en galakse og deres tunge grundstoffer.
Men da galakserne var unge og endnu ikke færdigudviklede, lå al den brint og helium spredt over det hele, og i det rodede univers var der rig mulighed for at unge galakser kunne tage mere brint og helium ind.
Forskernes idé er altså, at der er meget færre tunge grundstoffer sammenlignet med lette i de unge galakser, fordi de har kunnet suge så meget af de lette til sig.
Billederne fra rumteleskopet er naturligvis ikke så tydelige, at man direkte kan se de tunge grundstoffer, men forholdene, som forskerne er interesserede i, kan måles på galaksens lys.
Hvor meget af galakserne der udgøres af stjerner, måler forskerne, simpelt forklaret, på mængden af lys.
Mængden af tunge grundstoffer blev målt ved at holde øje med bestemte ændringer i lyset, der kommer af, at grundstoffer bliver opvarmet og henfalder.
»Vi kan, med andre ord, kigge på en lys-overgang og sige ‘Vi får så og så meget lys fra den her overgang, og det indikerer en bestemt forekomst af grundstoffer’,« forklarer Kasper Elm Heinz.
Udnytter James Webb-rumteleskopets avancerede blik for infrarødt lys
Grunden til, at James Webb-rumteleskopet kan kigge så langt tilbage i tiden, er, at det er rigtig godt til at opfange infrarødt lys.
»Vi ved jo, at universet udvider sig konstant, og jo længere væk en galakse er, jo hurtigere bevæger den sig væk fra os,« påpeger Kasper Elm Heinz.
Lyset fra galakser, der er rigtig langt fra os, begynder at skifte til infrarøde bølgelængder på grund af udvidelsen, så hvis man ikke kan se infrarødt lys, er de svære at få øje på.
Med det nye rumteleskops egenskaber kan man godt fange lys selv fra meget unge galakser, som forskerne også har kunnet måle på for at kortlægge forholdene mellem stjernemasse og grundstoffer i dem.
»Studiet demonstrerer, hvordan disse metoder kan give nye input til vores modeller over, hvordan galakser bliver til og udvikler sig,« forklarer Maximilian Stritzinger, lektor i astronomi på Aarhus Universitet, der ikke har været involveret i den videnskabelige artikel, men har læst den for Videnskab.dk:
»Dog skal man have in mente, at studiet er baseret på observationer af en lille gruppe på 16 unge galakser, så det kan være, at disse tidlige resultater ser anderledes ud, når man har undersøgt flere af dem.«
Rumteleskopet giver et billede af et foranderligt univers
Der kan vise sig at være rig mulighed for at sammenligne data på unge galakser, for siden studiet blev skrevet færdigt, er der dukket en del flere op på forskernes radar.
»I december havde vi set en 5-6 stykker og nåede at måle 16, før vi stoppede studiet dér, men nu har teleskopet fanget mere end hundrede af dem,« siger Kasper Elm Heinz.
Rumteleskopet tager konstant billeder, som der kan gemme sig opdagelser i, og da disse billeder er frit tilgængelige, har forskerholdet kunnet bruge dem til deres målinger.
Studiet minder om, at universet er foranderligt, og at selv de forhold, vi ser som allermest urokkelige, kan have været anderledes engang.
»Vi er så vant til at kigge op på himlen og se galakser som de her faste ‘lukkede økosystemer’, der ikke kommer i kontakt med hinanden,« siger Kasper Elm Heinz:
»Men havde vi kunnet kigge op efter Big Bang og set på de unge galakser og den store udveksling af lette grundstoffer, der lå overalt, havde det nok set meget mere rodet ud.«
