Forskere har undersøgt en tidlig galakse i en hidtil uset detalje og bestemt et antal vigtige egenskaber som størrelse, masse, indhold af elementer og har bestemt, hvor hurtigt galaksen danner nye stjerner.
Universets tidlige galakser var meget forskellige fra dagens galakser. Ved hjælp af nye detaljerede undersøgelser udført med ESO Very Large Telescope og Hubble Space Telescope har forskere, herunder medlemmer fra Niels Bohr Institute, undersøgt en tidlig galakse i en hidtil uset detalje og fastlagt en række vigtige egenskaber som størrelse, masse, indhold af elementer og har bestemt, hvor hurtigt galaksen danner nye stjerner. Resultaterne offentliggøres i det videnskabelige tidsskrift, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
”Galakser er dybt fascinerende genstande. Frøene til galakser er kvantefluktuationer i det meget tidlige univers, og dermed forbinder forståelsen af galakser universets største skalaer med det mindste. Det er kun inden for galakser, at gas kan blive koldt og tæt nok til at danne stjerner, og galakser er derfor vuggerne af stjernefødsler ”, forklarer Johan Fynbo, professor ved Dark Cosmology Center ved Niels Bohr Institute på Københavns Universitet.
Kvasarer er blandt de lyseste objekter i universet og kan bruges som fyrtårne til at studere universet mellem kvasarer og Jorden. Her har forskere opdaget en galakse, der ligger foran en kvasar, og ved at studere absorptionslinierne i lyset fra kvasaren har de målt den grundlæggende sammensætning i galaksen i detaljer, til trods for at vi ser ca. 11 milliarder år tilbage i tiden. Grafik: Chano Birkelind
Tidligt i universet blev galakser dannet af store gasskyer og mørke stoffer. Gas er universets råstof til dannelse af stjerner. Inde i galakser kan gassen køle ned fra de mange tusinder af grader, den har uden for galakser. Når gas afkøles, bliver den meget tæt. Endelig er gassen så kompakt, at den kollapser ned i en gasbold, hvor tyngdekraftsvarmen opvarmer sagen og skaber en glødende kugle af gas - en stjerne fødes.
Cyklus af stjerner
I det røde, varme indre af massive stjerner smelter brint og helium sammen og danner de første tungere elementer som kulstof, nitrogen, ilt, der fortsætter med at danne magnesium, silicium og jern. Når hele kernen er omdannet til jern, kan der ikke ekstraheres mere energi, og stjernen dør som en supernovaeksplosion. Hver gang en massiv stjerne brænder ud og dør, kaster den derfor gasskyer og nydannede elementer ud i rummet, hvor de danner gasskyer, der bliver tættere og tættere og til sidst kollapser for at danne nye stjerner. De tidlige stjerner indeholdt kun en tusindedel af de elementer, der findes i solen i dag. På denne måde bliver hver generation af stjerner rigere og rigere på tunge elementer.
I dagens galakser har vi en masse stjerner og mindre gas. I de tidlige galakser var der meget gas og færre stjerner.
”Vi ønsker at forstå denne kosmiske evolutionære historie bedre ved at studere meget tidlige galakser. Vi vil måle, hvor store de er, hvad de vejer og hvor hurtigt der dannes stjerner og tunge elementer, ”forklarer Johan Fynbo, der har ledet forskningen sammen med Jens-Kristian Krogager, ph.d.-studerende ved Dark Cosmology Center på Niels Bohr Institut.
Tidligt potentiale for dannelse af planeten
Forskerteamet har undersøgt en galakse beliggende ca. 11 milliarder år tilbage i tid i detaljer. Bag galaksen er en kvasar, som er et aktivt sort hul, der er lysere end en galakse. Ved hjælp af lyset fra kvasaren fandt de galaksen ved hjælp af de gigantiske teleskoper, VLT i Chile. Den store mængde gas i den unge galakse absorberede simpelthen en massiv mængde lys fra kvasaren, der lå bag den. Her kunne de 'se' (dvs. via absorption) de ydre dele af galaksen. Desuden får aktiv stjernedannelse nogle af gassen til at lyse op, så den kunne observeres direkte.
På billedet til venstre ses kvasaren som den lyse kilde i midten, mens den absorberende galakse, der ligger foran kvasaren, ses til venstre og lidt over kvasaren. På billedet til højre fjernes det meste af lyset fra kvasaren, så galaksen ses tydeligere. Afstanden mellem midten af galaksen og punktet, hvor lyset fra kvasarpassagerne er ca. 20.000 lysår, hvilket er lidt mindre end afstanden mellem Solen og Mælkevejens centrum.
Med Hubble-rumteleskopet kunne de også se de nyligt dannede stjerner i galaksen, og de kunne beregne, hvor mange stjerner der var i forhold til den samlede masse, der består af både stjerner og gas. De kunne nu se, at den relative andel af tungere elementer er den samme i midten af galaksen som i de ydre dele, og det viser, at stjernerne, der er dannet tidligere i midten af galaksen, beriger stjernerne i de ydre dele med tungere elementer.
”Ved at kombinere observationer fra begge metoder - absorption og emission - har vi opdaget, at stjernerne har et iltindhold svarende til ca. 1/3 af Solens iltindhold. Det betyder, at tidligere generationer af stjerner i galaksen allerede havde opbygget elementer, der gjorde det muligt at danne planeter som Jorden for 11 milliarder år siden, ”konkluderer Johan Fynbo og Jens-Kristian Krogager.
via Københavns Universitet