James Webb-teleskopet har kigget svimlende 13 milliarder år ind i universets fortid og fundet en lillebitte galakse, der kan rumme nøglen til at forstå den gådefulde tid kort efter Big Bang.
Det beskriver et nyt studie i Science, der blandt andre har tre forskere fra Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet på forfatterlisten.
Det store spørgsmål, som galaksen kan give svar på, handler om, hvordan universet blev ‘reioniseret’.
Vi skal en tur 14 milliarder år tilbage i tiden til det, der bliver kaldt universets oprindelse - til Big Bang. Dengang var universet ioniseret (se faktaboks).
Universet bestod af en tæt masse, og det var brandvarmt. Faktisk så varmt, at der ikke kunne dannes de atomer, der populært sagt er verdens byggeklodser. Varmen fik de elektroner, der normalt hvirvler rundt om et atoms kerne, til at hvirvle rundt i rummet i stedet.
I takt med, at universet blev udvidet og nedkølet, samlede atomkernerne sig, universet stoppede med at være ioniseret og blev neutralt.
Omkring 500 millioner år efter Big Bang begyndte ioniseringen igen. Det nye studie leverer måske svaret på, hvorfor det skete.
\ Ionisering og reionisering efter Big Bang
Processen, hvor et atom afgiver en eller flere elektroner og bliver til en ion, kaldes ionisering.
Universet har gennemgået tre perioder, hvor det enten var ioniseret eller ikke ioniseret (neutralt).
I begyndelsen var det ioniseret. Efter Big Bang var temperaturen enormt høj, og atomer kunne ikke dannes. Elektronerne, der normalt hvirvler rundt om et atoms kerne, kunne ikke blive i deres baner og flød derfor frit rundt.
Cirka 400.000 år efter Big Bang har universet udvidet sig så meget og er kølet tilpas meget ned til, at elektronerne kan binde sig til atomkernerne. Universet stopper med at være ioniseret og bliver neutralt.
Omkring 500 millioner år efter Big Bang begynder universet at blive ioniseret igen. Det er denne periode, astronomer har ledt efter en forklaring på. Hvordan og hvor hurtigt blev universet reioniseret - og hvilke eventuelle objekter var ansvarlige for processen?
Opdagelsen kan også hjælpe os med at forstå, hvordan de tidlige galakser blev dannet. Som studiets førsteforfatter, ph.d.-studerende Hayley Williams, siger, er det »som at få et ‘snapshot’ af universet i de første 500 millioner år af dets liv«.
»James Webb-teleskopet har en fantastisk evne til at se ekstremt dybt ind i universet. Det er noget af det mest spændende ved studiet. Vi ser ting, som tidligere teleskoper aldrig havde været i stand til at indfange,« siger Hayley Williams fra Minnesota Institute for Astrophysics.
Massevis af stjerner
Den lille galakse, der er dannet omkring 500 millioner år efter Big Bang, har et volumen, der rundt regnet er en milliontedel af vores egen galakse, Mælkevejen.
Til gengæld har den masser af ‘star power’. Den danner årligt lige så mange stjerner, som Mælkevejen gør, og det er denne relativt høje stjernedannelsesrate, der kan være nøglen til at forstå, hvordan universet blev reioniseret.
»Der er en overraskende stor stjernedannelse, og stjernerne bliver dannet hurtigere, end vi havde regnet med,« forklarer professor ved Niels Bohr Institutet Jens Hjorth, der er medforfatter til studiet.
Hvis den høje rate for stjernedannelse viser sig at være et gennemgående karaktertræk for den her slags galakser, kan det muligvis forklare reioniseringen.
»Det tyder på, at dannelsen af stjerner og bestrålingen af omgivelserne gør, at reioniseringen begynder,« siger Jens Hjorth.
Den samme tolkning lyder fra Jørgen Christensen-Dalsgaard, astrofysiker og professor ved Aarhus Universitet. Han har læst det nye studie for Videnskab.dk.
»Det her er et nøgleeksempel på, hvad James Webb er bygget til at gøre. Nemlig at observere de her meget tidlige faser af universets udvikling,« siger han.
Ledte efter noget andet
Opdagelsen havde ikke været muligt uden det fænomen, der kaldes en gravitationslinse.
Fænomenet, der kan forstørre objekter i rummet, opstår, når lys bliver afbøjet af et andet objekt med en enorm masse og dermed en stor tyngdekraft.
Netop den effekt skulle Jens Hjorth og hans kolleger udnytte til at finde en bestemt supernova, der var ‘gravitationelt linset’ af en galaksehob, der ligger mellem Jorden og supernovaen. I tillæg fandt de den lille og fjerne galakse.
Den blev nemlig - ved et rent tilfælde - forstørret 20 gange op af tyngdekraften fra galaksehoben.
»Vi har været heldige,« siger Jens Hjorth og fortsætter:
»Vi havde aldrig set den her galakse, hvis ikke der havde været en gravitationslinse, og hvis ikke James Webb havde gjort det muligt.«
Siden observationerne af den lille galakse har man ved hjælp af James Webb fundet flere galakser, der ligger lige så langt væk, men galaksen har stadig rekorden som den mindste, man har fundet så kort tid efter Big Bang.
Man har endda fundet et par galakser, der er dannet endnu tættere på Big Bang, fortæller Jens Hjorth, og det er nok kun et spørgsmål om tid, før teleskopet slår sine egne rekorder - igen.
De øvrige danske forskere, der står bag det nye studie, er Gabriel Brammer og Danial Langeroodi fra Københavns Universitet. Jens Hjorths forskning er finansieret af VILLUM Fonden.
