25.05.18: Ved hjelp av to av ESOs kjempeteleskoper har en internasjonal forskergruppe kunnet studere en galakse da den var mindre enn 4 prosent av sin nåværende alder, og funnet bevis for at stjernedannelse startet allerede 250 millioner år etter Big Bang – mye tidligere enn hittil antatt. Med fremtidens teleskoper vil vi trolig kunne se de første stjernene bli tent!

av Anne Mette Sannes og Knut Jørgen Røed Ødegaard

Astronomene har funnet bevis for at stjerner i den ekstremt fjerne galaksen MACS1149-JD1 ble dannet bare 250 million år etter Big Bang.
Foto: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope, W. Zheng (JHU), M. Postman (STScI), the CLASH Team, Hashimoto et al.

Søken etter de tidligste galaksene for å studere hvordan de påvirket omgivelsene de første noen hundre millioner årene etter Big Bang er en av de viktigste og mest grunnleggende oppgavene for dagens astronomer, og et av nøkkelspørsmålene er å finne svar på omfanget av stjernedannelse da de første galaksene ble dannet.

Forskerne mente lenge at de aller første stjernene ble tent en gang mellom 200 og 400 millioner år etter starten av Big Bang, men i 2015 viste analyser av de omfattende dataene som ble samlet inn av Planck-prosjektet at den mørke tiden (dvs. tiden før de første stjernene ble tent) sluttet betydelig senere, da Universet var omkring 550 millioner år gammelt.

Nå har astronomer ved hjelp av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) og ESOs Very Large Telescope (VLT) klart å bevise at stjerner ble dannet i en ekstremt fjern galakse – den fjerneste galaksen som noen gang har vært studert – bare 250 millioner år etter Big Bang.

Lyset fra den gigantiske galaksehopen MACS J1149.5+223 (midt i bildet) har brukt mer enn 5 milliarder år på å nå oss. Den enorme massen til galaksehopen bøyer lyset fra fjerne bakgrunnsobjekter og har dermed gjort det mulig å studere galaksen MACS1149-JD1.
Foto: NASA, ESA, S. Rodney (John Hopkins University, USA) and the FrontierSN team; T. Treu (University of California Los Angeles, USA), P. Kelly (University of California Berkeley, USA) and the GLASS team; J. Lotz (STScI) and the Frontier Fields team; M. Postman (STScI) and the CLASH team; and Z. Levay (STScI)

Galaksen MACS1149-JD1 ble observert av et internasjonalt team av astronomer som oppdaget en svært svak glød som ble sendt ut av ionisert oksygen i galaksen. Som følge av Universets ekspansjon har dette lyset blir strukket slik at bølgelengdene har blitt ti ganger lenger og av den grunn kun kan observeres i infrarødt. Teamet har konkludert med at lyset ble sent ut for 13,3 milliarder år siden, dvs. 500 millioner år etter Big Bang. Dette er derfor det fjerneste oksygenet som noensinne er oppdaget, og tilstedeværelsen av oksygen er et tydelig tegn på at det også har vært tidligere generasjoner av stjerner i denne galaksen siden alle grunnstoffer tyngre enn helium er dannet i stjerner.

Hvor langt tilbake i tid kan vi se?
Film: Science Channel

I tillegg til gløden fra oksygen som ble plukket opp av ALMA, fanget også ESOs Very Large Telescope (VLT) opp et svakere lys fra hydrogen. Avstanden til galaksen som ble bestemt ut i fra denne observasjonen samsvarer med avstanden fra observasjonen av oksygen, noe som gjør MACS1149-JD1 til den fjerneste galaksen man har kunne bestemme eksakt avstand til og også den fjerneste galaksen som noen gang har blitt observert med ALMA eller VLT-teleskopene.

Ved å studere galaksen ser man denne da Universet bare var 500 millioner år gammelt, og observasjonene beviser at Universet allerede på dette tidspunktet inneholdt eldre stjerner. Ved hjelp av denne galaksen er forskerne dermed i stand til å undersøke en hittil fullstendig uutforsket periode i den kosmiske historien!

Det europeiske romobservatoriet Planck har gitt oss det til nå mest detaljerte bildet av den kosmiske bakgrunnsstrålingen – ekkoet etter Big Bang. Bildet viser Universet slik det så ut 380 000 år etter starten av Big Bang. De røde og oransje flekkene var spirene til våre dagers galakser og galaksehoper, og forskerne ønsker å finne ut hvordan disse i løpet av 250 millioner år samlet seg til de første stjernene og galaksene. 
Foto: ESA og Planck Collaboration

Oppdagelse av oksygen

I en periode etter Big Bang fantes det ikke oksygen i Universet siden oksygen og andre tyngre grunnstoffer ble dannet i fusjonsprosesser i de aller første stjernene og tilført galaksens gasskyer. Oppdagelsen av oksygen i MACS1149-JD1 indikerer at de første stjernene allerede var blitt dannet og hadde kastet ut oksygen tidligere enn 500 millioner år etter Universets begynnelse.

Den første generasjonen med stjerner eksploderte som spesielt voldsomme supernovaer og hypernovaer. Dette kosmiske fyrverkeriet spredde grunnstoffene som gjorde det mulig for mer normale stjerner og planeter å oppstå.
Illustrasjon: A. Schaller (STScI)

Men når skjedde denne tidligste stjernedannelsen? Ved å rekonstruere den tidligere historien til MACS1149-JD1 ved hjelp av data tatt med Hubbleteleskopet og romteleskopet Spitzer fant forskerne ut at den observerte lysstyrken til galaksen passer utmerket i en modell der den første stjernedannelsen fant sted bare 250 millioner år etter Universets dannelse.

Alderen på stjernene i galaksen reiser spørsmålet om når de aller første galaksene oppsto og dermed avsluttet den mørke tiden – en epoke som ofte omtales som det kosmiske daggry. Ved å bestemme alderen til MACS1149-JD1 har forskergruppen bevist at det eksisterte galakser tidligere enn de vi nå er i stand til å oppdage. De nye observasjonene gjør dermed at vi er i ferd med å nærme oss tidspunktet for når de aller første stjernene ble tent, og siden vi alle er laget av stjernestøv, er vi med andre ord i ferd med å finne tilbake til vår egen opprinnelse!

Med JWST og andre fremtidige instrumenter vil vi være i stand til å se i infrarødt, noe vi ikke har vært i stand til med Hubble-teleskopet. JWST vil gjøre oss i stand til å studere planeter, stjerner, galakser og andre objekter som ble dannet rett etter Big Bang.

Klikk på “like” og få melding når nye saker legges ut!

MER INFORMASJON

Pressemelding fra ESO

Flere saker om galakser

Flere saker om kosmologi