James Webb-teleskopet, der blev taget i brug i 2022, giver endnu engang et nyt perspektiv på universet.
Teleskopet er særligt velegnet til at opfange infrarød stråling og er meget følsomt. Astronomer kan dermed se længere ud i universet end nogensinde før.
I et nyt studie, publiceret i det videnskabelige tidsskrift Nature, præsenteres seks nye galakser opdaget af James Webb.
Baseret på lysets farve ser det ud til, at disse galakser befinder sig langt, langt borte – opstået nogle få hundrede millioner år efter Big Bang.
Alligevel havde de allerede vokset sig store – uventet store, ifølge forskerne bag det nye studie.
Forventede at finde baby-galakser
Studiet tyder på, at de seks galakser eksisterede mellem 500 og 700 millioner år efter Big Bang. Dette er tidligt i universets historie, der som bekendt går 13,8 milliarder år tilbage.
Galakserne har en masse på op til ti milliarder gange Solen, og den ene har potentielt en masse på 100 milliarder gange Solen.
»Vi forventede jo at finde nogle små, unge baby-galakser på dette tidspunkt, men i stedet har vi opdaget galakser med samme modenhed som vores egen, i dét, vi tidligere forstod som universets morgengry,« siger Joel Leja i en pressemeddelelse.
Leja er lektor i astronomi og astrofysik ved Pennsylvania State University.
Passer ikke ind
Hvis resultaterne stemmer, opstår der ifølge pressemeddelelsen en række spørgsmål til modellerne for, hvordan galakser udviklede sig i det tidlige univers
»Afsløringen af, at massiv galaksedannelse allerede begyndte ekstremt tidligt i universets historie, ændrer på dét, mange af os troede var fastlagt viden,« forklarer Leja.
Han fortæller, at galakserne er så massive, at de ikke passer med 99 procent af modellerne for kosmologi – læren om universet før og nu.
Leja fortæller også, at de enorme objekter hurtigt dukkede op i James Webb-teleskopets data.
»Vi begyndte at modellere og prøvede at finde ud af, hvad det var for nogle objekter, fordi de var så store og lysstærke,« fortæller astrofysikeren, og fortsætter:
»Min første tanke var, at vi måtte have lavet en fejl, så den måtte vi se at finde og komme videre med vores liv. Men vi har endnu ikke – trods mange forsøg – fundet fejlen.«
Leia fortæller, at de helt uformelt har navngivet objekterne »Universe breakers« - og at de indtil videre lever op til deres navn.
Meget er stadig usikkert
Håkon Dahle er astrofysiker, tilknyttet Universitetet i Oslo – og så er han en af de første, der har brugt James Webb-teleskopet.
Som en del af en gruppe arbejder Dahle nu med at undersøge meget lysstærke objekter, der eksisterede omkring 1,3 milliarder år efter Big Bang.
Han forklarer, at der er meget, som er usikkert ved de nye målinger af de massive, unge galakser.
En galakses alder bliver beregnet ud fra, hvor langt væk de befinder sig – jo længere ud i universet, vi ser, jo længere tilbage i tiden ser vi.
Dette skyldes, at lyset har en konstant hastighed og bruger tid på at nå ned til os på Jorden.
Afstandene i det nye studie er imidlertid beregnet på baggrund af farver, så for at bekræfte afstanden nøjagtigt, må der laves spektroskopi på galakserne, forklarer Dahle – et næste skridt, forskerne bag studiet også selv anbefaler.
Anden type måling kan afgøre afstanden
Håkon Dahle uddyber, hvorfor spektroskopi er nødvendigt for at bekræfte afstanden til objekterne. Det, forskerne har gjort i det nye studie, er som sagt at måle farven i lyset.
»Man bruger mange forskellige filtre og tager billeder, og så sammenligner man, hvor lysstærke galakserne er på de forskellige billeder,« forklarer Dahle til forskning.no, Videnskab.dk's norske søstersite.
Efterfølgende sammenlignes billederne med referencer, der viser, hvordan lyset fra forskellige galakser ser ud på forskellige afstande.
Mere rødt lys tyder på, at galakserne befinder sig langt borte. Det skyldes, at lysets bølgelængde bliver strukket ud, mens det er på vej mod os, fordi universet konstant udvider sig.
Lys, der som udgangspunkt var synligt eller ultraviolet, får således en længere bølgelængde og opfanges som rødt eller infrarødt lys – og James Webb er særligt god til at opfange netop infrarødt lys.
De seks galakser ser ganske rigtigt meget røde ud, medgiver Dahle:
»Det tolkes jo, som om de befinder sig langt væk.«
Spreder lyset
Ét af problemerne er, at de referencer, der bliver brugt, baserer sig på galakser, man kender fra før James Webb, og som derfor er observeret gennem andre teleskoper.
»De galakser, James Webb-teleskopet finder nu, er jo galakser, som man ikke kunnet observere tidligere. Det ville ikke være overraskende, hvis de havde lidt forskellige egenskaber,« påpeger Dahle.
Han understreger, at det netop derfor er nødvendigt at bekræfte studiets resultater med spektroskopi.
I spektroskopi er bølgelængderne i lyset spredt ud. Den simpleste udgave er dét, der sker, når lys brydes til en regnbue ved hjælp af et prisme.
Når lysspektret på den måde bliver spredt ud, kan man se fingeraftrykket fra forskellige grundstoffer, eksempelvis hydrogen.
Hydrogen-atomer optager og udsender lys ved helt specifikke bølgelængder, hvilket viser sig som ekstra lysstærke eller svagere linjer på spektret.
Eftersom lyset er blevet strukket og dermed mere rødt på sin vej mod Jorden, vil disse linjer blive forskudt. På den måde kan forskerne fastslå præcis, hvor langt lyset har rejst, og beregne afstanden til galaksen.
»Spændende« uanset hvad
Hvis galakserne ikke befinder sig så langt væk, som det umiddelbart ser ud til, så betyder det, at galakserne ikke indeholder lige så mange stjerner.
»Det ville jo betyde, at hele argumentet bliver mere usikkert,« forklarer Dahle.
Han tilføjer dog, at det uanset hvad er en spændende opdagelse.
»Det, vi observerer hér, er jo en type galakse, som vi ikke har set før – det står lysende klart. Så selv hvis de skulle vise sig at være noget tættere på end først antaget, er det fortsat interessant, fordi de har visse egenskaber, vi ikke har set før.«
Eksempelvis udsender galakserne hovedsageligt lys i det infrarøde område.
Én årsag kan være, at de indeholder en del støv: Støv blokerer nemlig det meste synlige lys, mens infrarød stråling slipper igennem.
»En anden ting, der bliver nævnt i studiet, er, at disse galakser ser ud til at være helt enormt kompakte – det er et meget lille område, der udsender ganske meget stråling,« påpeger Dahle.
Den galakse, der ser ud til at være nogenlunde lige så massiv som Mælkevejen, har omkring den samme mængde stjerner. Til gengæld er de fordelt på et langt mindre område – stjernerne står simpelthen tættere.
Lys fra supermassive sorte huller?
En anden mulighed, siger Dahle, er, at en del af lyset ikke stammer fra stjerne, men fra et supermassivt sort hul i de respektive galaksers midte.
De fleste galakser har sandsynligvis et sort hul i deres centrum – det gælder også Mælkevejen.
»Det sorte hul på Mælkevejen er ikke dét, man ville kalde en aktiv galaktisk kerne,« forklarer Dahle og uddyber:
»En aktiv galaktisk kerne opstår, når gas falder ind mod et sort hul, for så bliver gassen varmet meget voldsomt op og udsender en hel masse stråling.«
I visse tilfælde kan en galaktisk kerne udsende stærkere stråling end alle stjernerne i galaksen til sammen, fortæller Dahle. Dette fænomen kaldes en kvasar.
Men der findes også andre aktive galaktiske kerner, som ikke er så ekstreme.
Én af mulighederne er, at en aktiv galaktisk kerne står bag en del af strålingen i en eller flere af de nyopdagede galakser. I så fald er der ikke så mange stjerner i dem, som det umiddelbart ser ud til.
Kræver held
Dahle påpeger to andre ting, der kan være af betydning, når James Webb-teleskopets observationer af fjerne galakser skal tolkes.
»De har jo set på et ganske lille område på himlen.«
Man skal være ret heldig for at finde ældgamle galakser i et tilfældigt udvalgt lille område af himlen, konstaterer Dahle:
»Ifølge de modeller, vi i dag bruger til at beskrive, hvordan galakser opstår, så bliver de i starten dannet i klumper. De er ikke jævnt fordelt.«
I starten var der altså store områder af universet, hvor der slet ikke var nogle galakser. Når man leder på himlen vil man altså oftest slet ikke finde noget.
»For at galakser kan dannes, så må tætheden i området nå en tærskel-værdi. I starten lykkedes det kun ganske få områder at nå den værdi. Hvis du tilfældigvis finder en, så er det højst sandsynligt, at du vil se andre galakser rundt omkring,« uddyber Dahle.
Uventet opdagelse
Dahle nævner også, at man skal være opmærksom på eventuelle fejl ved kalibrering.
Det har for eksempel vist sig, at James Webb er mere følsom i den røde ende af spektret end forventet.
Efter at have korrigeret for denne følsomhed, forsvandt mange af kandidaterne til ekstremt fjerne galakser, som var blevet indrapporteret i de første uger efter, at James Webb begyndte at frigive data.
Joel Leja fortæller i pressemeddelelsen, at spektroskopi vil kunne bekræfte studiets fund.
»Et spekter vil umiddelbart kunne fortælle os, om vores konklusioner er korrekte eller ej,« udtaler han.
»Det kommer til at fortælle os, hvor store galakserne er, og hvor langt væk de befinder sig. Det sjove er, at vi har en hel liste af spørgsmål, vi gerne vil have svar på gennem James Webb, og dét hér er ikke i nærheden af toppen af den liste. Vi har fundet noget, vi ikke engang havde tænkt på at spørge universet om. Det skete langt hurtigere, end jeg havde troet - men nu er vi altså hér.«
©Forskning.no. Oversat af Sara Hougaard. Læs den oprindelige artikel her.
