Universets morgengry vil snart åbenbare sig for danske forskere

Astrofysikerne kan næsten ikke vente. Billeder fra rumteleskopet James Webb vil afsløre universets historie og fortælle om de allerførste stjerner og galakser. Med det imponerende teleskop vil forskerne endelig kunne se det kosmiske morgengry.

Lektor Sune Toft fra Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet er blandt dem, der glæder sig:

»Med James Webb-teleskopet kan vi komme helt ud til det, vi kalder cosmic dawn – det tidspunkt, hvor universet går fra at være fuldstændig mørkt til at have stjerner, galakser og sorte huller. Det sker i løbet af meget kort tid – som et blink med et øje i det kosmiske perspektiv.«

»Vi ved, at det hele skete, da universet var mellem 300 og 600 millioner år gammelt. Men vi ved ikke, hvordan det skete. Det er et af de store spørgsmål, som James Webb-teleskopet skal hjælpe os med at besvare.«

Nyt forskningscenter på trapperne

Sune Toft skal stå i spidsen for et helt nyt grundforskningscenter, der har fået navnet Cosmic Dawn Centre (DAWN). Her skal astrofysikere fra ind- og udland finde ud af, hvordan der blev lys i universet – ikke mindst ved hjælp af rumteleskopet James Webb og observatoriet ALMA i Chile.

Københavns Universitet (KU) og Danmarks Tekniske Universitet (DTU) er gået sammen om centeret, der finansieres af Danmarks Grundforskningsfond. Det er stadig i planlægningsfasen, men starter for alvor op i løbet af efteråret.

Som det fremgår af vores tidligere artikel om James Webb-teleskopet, har forskere fra DTU haft en finger med i spillet ved konstruktionen. Derfor har danske astrofysikere fået observationstid, hvilket betyder, at de kan bestemme, hvad teleskopet skal kigge efter. Det er en vigtig del af baggrunden for det nye center.

Designet til at se de første galakser

»Med Hubble-teleskopet fandt vi ud af, at der fandtes galakser langt tidligere i universets historie, end vi først troede. Vi kan se galakser, der var fuldt dannede cirka en halv milliard år efter big bang. Men vi kan ikke se de første stjerner og galakser, der dukkede op,« fortæller Sune Toft.

»Vi havde behov for et teleskop, der var meget større og mere følsomt end Hubble, og som kunne opfange infrarød stråling. Lyset fra de første stjerner og galakser er nemlig blevet rødforskudt i takt med, at universet har udvidet sig, så det lys, der engang var synligt, er nu blevet infrarødt.«

\ Læs mere

Rumteleskopet James Webb slår alle rekorder

Forskerne regner bestemt med, at de kan opfange det lys, der blev udsendt af den første generation af stjerner – noget, som ingen andre teleskoper kan gøre i dag.

Galakserne kræver en forklaring

Forskerne vil rigtig gerne forstå, hvordan universet gik fra at være en stor, ensartet gassky af brint og helium til et univers fyldt med stjerner og galakser. Det kræver en forklaring, siger Sune Toft:

»I dag ser vi strukturer på alle skalaer. Men hvor kom denne kompleksitet fra, når vi nu ved, at det hele startede med at være ekstremt homogent?«

Det er der teorier for, men der er ikke mange data til at understøtte eller afvise teorierne, fortsætter han:

»Universet har udvidet sig og er kølet ned. Skyer af gas har samlet sig der, hvor der har været små overtætheder af mørkt stof. Gassen er blevet tættere og tættere, og på et tidspunkt er tætheden og temperaturen i midten af skyerne tilpas til, at de allerførste stjerner kunne dannes.«

Kom stjerner eller galakser først?

Forskerne ved ikke, om galakser eller stjerner kom først. Måske var der først en masse små gasskyer, hvor de første stjerner blev dannet, og så smeltede skyerne sammen og dannede galakser.

Men det er også muligt, at galakserne forstået som store strukturer af mørkt stof og gas blev dannet først, og så kom stjernerne bagefter.

\ Læs mere

Astronomer finder den hidtil tidligste galakse

Og så er der også spørgsmålet om, hvordan de første sorte huller blev dannet, og hvilken rolle, de har spillet for universets udvikling. Alt sammen noget, som rumteleskopet kan være med til at give svar på.

Uventede ting i vente

»De første stjerner har formentlig været meget eksotiske, ekstremt massive, lysstærke og kortlivede. Og i kernerne af disse stjerner er de tungere grundstoffer dannet – inklusive den ilt og det kulstof, der senere bliver til planeter som Jorden og til os mennesker,« fortæller Sune Toft videre.

»Vi tror, at stjernerne er eksploderet som supernovaerne, så de tungere grundstoffer er blevet spredt rundt i den omgivende gassky, og så er en ny generation af stjerner kommet til. Men det er alt sammen teori og modeller bygget på det, vi kan se i dag.«

»Jeg ville ikke blive overrasket, hvis historien viser sig at være mere kompliceret – at det viser sig, at modellerne ikke er rigtige. Med et nyt teleskop som James Webb vil vi utvivlsomt komme til at se ting, der er helt uventede, og som vi til at starte med slet ikke forstår.«

Exoplaneter skal under luppen

Rumteleskopet James Webb skal bruges til meget andet end at afdække, hvad der egentlig skete, da de første stjerner og galakser dukkede op. Det skal for eksempel også rettes mod exoplaneter – altså planeter, der kredser om andre stjerner end Solen.

\ Læs mere

Hubble har fundet spor af vand på exoplaneter

Sådan nogle studerer Lars Buchhave, der er lektor på Center for Stjerne- og Planetdannelse under Statens Naturhistoriske Museum og Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet. Han glæder sig også til data fra James Webb-teleskopet:

»Vi har endnu ikke været i stand til at detektere atmosfærer omkring exoplaneter, der er på størrelse med Jorden eller lidt større. Det, forventer vi bestemt, bliver muligt med James Webb.«

Måske er der tegn på liv

Det nye rumteleskop kan ikke bare tage billeder, men også spektra. Instrumenter i teleskopet kan bryde lyset fra en stjerne op i forskellige bølgelængder, og så kan man for eksempel finde ud af, hvilke atomer og molekyler, der findes i atmosfæren om en exoplanet, der kommer ind foran stjernen.

\ Læs mere

Exoplaneter har vekslende skydække

»Det ultimative er selvfølgelig at finde biomarkører – tegn på liv – i atmosfæren om andre planeter. Her vil James Webb muligvis også kunne hjælpe,« fortsætter Lars Buchhave.

»Hvis vi er heldige, får vi de første spæde tegn på biomarkører i atmosfærer om exoplaneter, men det bliver nok ikke det endelige, afgørende bevis for liv på en anden planet.«

»Men bare det at forstå kompositionen af små planeter, der findes, vil være stort. Der findes et væld af de planeter, og vi kender stort set ikke noget til dem. James Webb vil revolutionere vores forståelse af jordlignende planeter og superjorde.«

Så det er ikke underligt, at astrofysikerne ser frem til at få data fra det rumteleskop, der nu er ved at gennemgå de sidste test hos NASA. James Webb Space Telescope bliver opsendt i oktober 2018.