Kæmpegalaksers historie skal skrives om

Et kig ud i verdensrummet afslører groft sagt to forskellige slags galakser:

1. Flade spiralgalakser som Mælkevejen, hvor stjernerne bevæger sig rundt i samme retning.
2. Større og tungere såkaldte elliptiske galakser, der er formede som gigantiske, diffuse kartofler, og hvor stjernerne har mange forskellige baner.

Ved hjælp af teleskoper og computersimulationer forsøger astronomerne at finde ud af, hvordan de to typer af galakser har udviklet sig igennem universets historie.

Og ind imellem er tingene ikke helt, som de troede.

»Vi har kigget nærmere på en af forfædrene til de elliptiske galakser og fået et ret overraskende resultat,« som Sune Toft siger det. Han er lektor på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet og førsteforfatter til en ny artikel i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Nature.

En mærkelig mellemting

Astrofysikerne bag artiklen fandt nemlig ud af, at de elliptiske galakser måske slet ikke var elliptiske fra starten. I hvert fald var den tidlige, tunge galakse MACS2129-1, som forskerne zoomede ind på, både flad og hurtigt roterende, og det var helt uventet.

Umiddelbart lignede galaksen nemlig nutidens ellipsegalakser, blot mere kompakt. Den var tung og død, som elliptiske galakser er det. Astronomerne kalder en galakse død, når den er kommet over den fødedygtige alder, altså når der ikke længere dannes nye stjerner i den.

»Det er meget interessant, at der er så meget rotation i den. For det er jo store, elliptiske galakser, der kommer ud af det, og de roterer stort set ikke,« siger Hans Ulrik Nørgaard-Nielsen, der er seniorforsker på Institut for Rumforskning og -teknologi på Danmarks Tekniske Universitet (DTU Space). Han har ikke selv været involveret i forskningen, men har læst den videnskabelige artikel.

I spiralgalakser som Mælkevejen – skiveformede galakser med masser af gas – dannes der stadig stjerner. De store, tunge, elliptiske galakser er derimod for længst færdige med at danne stjerner. De har kun gamle, røde stjerner i sig, og stjernerne bevæger sig tilfældigt rundt i galaksen.

Men den tidlige, døde galakse var altså ikke blot en kompakt kopi af de senere ellipsegalakser. Den havde fællestræk med både spiralgalakser og elliptiske galakser.

To superteleskoper kom i brug

»Vi antog, at stjernerne i de tidlige, massive galakser var fordelt som i de elliptiske galakser, som de bliver til. Men nu er det lykkedes os at undersøge sådan en galakse med observationer,« fortæller Sune Toft.

»Ved hjælp af rumteleskopet Hubble så vi højst overraskende, at stjernerne var fordelt i en flad skive, og med Very Large Telescpe i Chile kunne vi måle, at stjernerne i den ene side af galaksen er på vej væk fra os, og i den anden side er de på vej imod os.«

»Det betyder, at galaksen roterer som en hurtigt roterende spiralgalakse. Vi havde ellers forventet, at stjernerne ville bevæge sig rundt uden orden, som vi ser de i de elliptiske galakser i det lokale univers.«

Naturens eget forstørrelsesglas

Når man studerer fjerne himmellegemer, ser man samtidig tilbage i tiden, fordi lyset har en endelig hastighed. Forskerne så galaksen, som den så ud tre milliarder år efter big bang, og dengang var den altså både tung og død og flad og roterende.

Galaksen MACS2129-1 er så langt væk, at den under normale omstændigheder blot ville ligne en stjerne set her fra Jorden – selv i de største teleskoper. Så ville den være svær at blive klogere på.

Men astronomerne fik hjælp fra naturens eget forstørrelsesglas, nemlig en gravitationel linse.

En stor galaksehob mellem den fjerne galakse og Jorden afbøjer og fokuserer lyset fra MACS2129-1, så den ser større ud og lyser knap fem gange stærkere, end den ellers ville gøre. Kun derfor kunne det lade sig gøre at studere den nærmere.

Teorier skal skrives om

Opdagelsen er en af dem, der stiller flere spørgsmål, end den besvarer. Hvordan kan en flad, roterende galakse for eksempel udvikle sig til en ellipsegalakse?

Måske går rotationen tabt, når den tunge, skiveformede galakse smelter sammen med mange mindre galakser, der kommer fra alle mulige retninger.

Eller også er det sammenstødet mellem to tunge galakser, der får strukturen til at forsvinde – det anser Sune Toft som mere sandsynligt.

Hvor kom de fra?

Et andet spørgsmål er, hvordan de tunge, døde galakser blev dannet.

Astronomerne kan se, at der tidligt i universets historie, allerede et par milliarder år efter big bang, var mange meget massive og kompakte døde galakser. Men hvorfor holdt de op med at danne stjerner så tidligt – i et meget tæt univers fyldt med gas?

»Den fremherskende teori har været, at spiralgalakser er kollideret tidligt i universets historie, og så er gassen i galakserne – brændstoffet til stjernedannelser – blevet presset ind i kollisionens centrum, hvor den hurtigt er blevet omdannet til en masse stjerner, og så var det ikke gas til nye stjerner,« lyder det fra Sune Toft.

\ Læs mere

Teori om galaksesammensmeltning må omskrives

»Det kunne forklare, hvordan de meget kompakte, døde galakser fremkom. Med ved kollisionen ville vi få en kugle af stjerner med tilfældige hastigheder. Det passer ikke med de nye observationer. Her har vi i stedet en meget kompakt skive, der roterer vildt hurtigt rundt. Det kan vi ikke få med en kollision, og det må have været noget andet, der har fået galaksen til at holde op med at danne stjerner.«

Flere observationer skal til

Det hører med til historien, at dette er en af de eneste tidlige, massive galakser, det har været muligt at måle på. Det er muligt, at den er repræsentativ for rigtig mange massive galakser i det tidlige univers, men den kan også være helt speciel.

»Det er svært, når der kun er et enkelt observation. Vi ved ikke, om det er en ekstraordinær galakse. Vi skal have flere observationer for at finde ud af, hvad der sker,« som Hans Ulrik Nørgaard-Nielsen siger det.

»Vi skal finde flere objekter og så finde ud af, hvordan modellerne for galaksernes dannelse og udvikling skal ændres for at få dem til at passe.«

Det er Sune Toft da også i gang med, fortæller han:

»Vi er i gang med et stort program, hvor vi forsøger at finde flere at disse gravitationelt linsede galakser. Men det er et sjældent fænomen, og det tager lang tid. Vi har fundet en håndfuld, som vi er ved at analysere.«

Begge astrofysikere glæder sig, til det nye rumteleskop James Webb kommer op om nogle år. Så bliver det nemlig meget lettere at få øje på de fjerneste galakser og finde ud af, hvordan de opstod.

\ Læs mere

Universets morgengry vil snart åbenbare sig for danske forskere