I Oslo er en forsker ekstra spent på lyset fra galaksen med navnet Solstreifbuen elleve milliarder lysår unna. Snart vil han kunne studere denne galaksen med verdens beste romteleskop og kanskje finne svar på en kosmisk gåte.

– Det var noen store glis forrige uke da vi hadde fått lys til instrumentene, sier Håkon Dahle.

Han er gjesteforsker ved Institutt for teoretisk astrofysikk på Universitetet i Oslo (UiO). Et par ganger i uka har han telefonmøter med forskningsgruppa han deltar i, som også inkluderer NASA-forskere.

Teleskopet James Webb ble skutt opp fra Fransk Guyana 1. juledag og har inntatt plassen sin i verdensrommet.

I L2-punktet på jordas nattside, fire ganger lenger unna jorda enn månen, har teleskopet knallfin utsikt til universet. I et såkalt L-punkt, eller Lagrangepunkt, kan et romfartøy ligge stabilt på grunn av gravitasjonseffekt fra to store masser, her jorda og sola.

Alt skal være klart i sommer

Dette smykket av et teleskop skal forhåpentligvis gi forskerne mange sjampanje-øyeblikk og ny kunnskap om universet i årene som kommer.

For tiden finjusteres de 18 delene av speilet med en ufattelig presisjon.

– De har et slingringsmonn på 20 nanometer, eller som et femtusendels hårstrå, forteller Dahle.

Hvis alt går etter planen vil teleskopet være i drift i slutten av juni. Håkon Dahle er blant de første i verden som får bruke James Webb-teleskopet til forskning. Han deltar i flere prosjekter som har fått innvilget observasjonstid det første året.

Favoritt-galaksen er elleve milliarder lysår borte

Håkon Dahle skal studere riktig gamle galakser, i første omgang seks ulike, men det er særlig en som peker seg ut som favoritt. Den har til og med fått et eget, poetisk navn: The Sunburst Arc. Det er denne Dahle kaller Solstreifbuen på norsk.

Lyset fra Solstreifbuen har brukt elleve milliarder år på å nå oss. Dahle og kollegene studerer derfor en eldgammel galakse, men lyset viser den slik den var i sin ungdom.

Solstreifbuen ligger så langt unna at vi ikke kan se detaljer inne i galaksen, selv ikke med James Webb-teleskopet. Men universet selv har laget et fantastisk hjelpemiddel til oss.

Et himmelsk forstørrelsesglass

Sett fra jorda ligger Solstreifbuen bak en stor samling galakser, en galaksehop. Materien i denne hopen krummer selve rommet, slik at lyset fra galaksen lenger unna blir bøyd omkring hopen.

Effekten kalles gravitasjonslinsing og det er takket være dette fenomenet at vi kan se detaljer inne i så fjerne objekter som Solstreifbuen i det hele tatt.

Gravitasjonslinser forstørrer og forvrenger bilder av det som ligger bak linsa og de kan også splitte lyset fra objektene bak slik at vi ser flere bilder av det samme fenomenet.

For å kunne finne slike fjerne galakser som Solstreifbuen, må forskere altså først finne gravitasjonslinser. Det kan de gjøre ved å studere den kosmiske bakgrunnsstrålingen.

Universets eldste stråler peker ut forstørrelsesglassene

Den kosmiske bakgrunnsstrålingen stammer fra veldig tidlig i universets historie, bare 380.000 år etter Big bang. Frie hydrogenkjerner og elektroner dannet stabile atomer.

Big bang kalles Det store smellet på norsk, og er hendelsen da vårt univers begynte å utvide seg

I galaksehoper består mesteparten av den synlige materien av varm gass mellom galaksene. Når den kosmiske bakgrunnsstrålingen passerer gjennom en galaksehop, vil en del av fotonene dumpe borti elektroner i den varme gassen og få høyere energi.

– Hvis du studerer den kosmiske bakgrunnsstrålingen og ser kun på lange bølgelengder, ser en galaksehop ut som et hull i himmelen. Konsentrerer du deg om de korte bølgelengdene, ser du en lysende klump, sier Dahle.

Det hittil mest finkornete bildet av den kosmiske bakgrunnsstrålingen har vi fått fra Planck-satellittens målinger ti år tilbake. Et av resultatene fra den europeiske satellitten er en katalog over 1.600 galaksehoper.

En superinteressant bue

Dahle og andre astrofysikere rettet teleskoper på La Palma og i Chile mot de nye galaksehopene som ble funnet med Planck.

– På et av bildene så vi denne fantastiske buen. Den var mer lyssterk enn noe annet objekt vi hadde sett på denne avstanden, og virket veldig interessant, forteller Dahle.

Særlig én ting vekket forskernes interesse i lyset de observerte fra buen, en bestemt linje i spekteret til hydrogen, kalt Lyman-Alfa – Ly-α i illustrasjonen under.

– Når vi ser på detaljene i Lyman-alfa-linjen kan det si oss noe om hvordan strålingen har sluppet ut fra galaksen og ut i rommet. Det kan hjelpe oss med et stort mysterium: å forklare hvorfor hydrogenet mellom galaksene er ionisert, eller hvordan det ble det, forklarer Dahle.

Da den kosmiske bakgrunnsstrålingen ble sendt ut 380.000 år etter Big bang, slo frie elektroner seg sammen med frie protoner og dannet nøytralt hydrogen. Deretter fulgte en lang periode da universet besto av nøytralt hydrogen og helium, i tillegg til mørk materie. Det fantes ikke noen stjerner som sendte ut nok stråling til å ionisere hydrogenet.

Mysteriet med det ladede hydrogenet

Hydrogenet mellom galaksene i dagens univers er ladet, eller ionisert.

– Vi forstår ikke helt hvordan det har skjedd, sier Dahle.

For å ionisere hydrogenet trengs ultrafiolett stråling.

– Ser vi på galakser i dag, ser vi ikke UV-stråling med høy nok energi til å ionisere hydrogen, sier astrofysikeren.

Det er så mye nøytralt hydrogen i galaksene at strålingen ikke slipper ut. Strålingen blir absorbert av de nøytrale hydrogenatomene inne i galaksen før den kommer så langt.

– Hvis galaksene tidlig i universets historie var som dagens galakser, har vi ingen forklaring på hvorfor hydrogenet vi finner mellom galaksene er ionisert. På en eller annen måte må mer av strålingen ha sluppet ut enn den gjør i dag, forklarer Dahle.

Tok tidlig bilde med Hubble

Nettopp dette gjorde oppdagelsen av Solstreifbuen så interessant for astrofysikerne. Lyman alfa-linjen i lyset fra galaksen tyder på at det er ioniserende ultrafiolett stråling som slipper direkte ut fra galaksen.

– Da vi hadde sett denne linjen, sendte jeg en søknad om å bruke Hubble-teleskopet til å observere UV-strålingen fra galaksen, forteller Dahle.

Observasjonstiden ble innvilget og Hubble tok et fabelaktig bilde av galaksehopen med hele tolv dobbeltgjengere av Solstreifbue-galaksen.

Bildet fikk fortjent oppmerksomhet, men forskerne var enda mer begeistret for målingene av den ultrafiolette strålingen. De viste at det ganske riktig slapp ut slik stråling fra flere områder av Solstreifbuen.

– Nå lurer vi på hva som er spesielt med de delene av galaksen som slipper ut ioniserende UV-stråling. Med James Webb-teleskopet vil vi kunne studere i detalj hva det er som skiller disse områdene fra resten av galaksen, sier Dahle.

Med litt flaks får vi se universets aller første galakser

James Webb-teleskopet vil også kunne se enda lenger tilbake i tid enn til Solstreif-buen. De første galaksene ble til mellom 100 og 200 millioner år etter ursmellet Big bang.

– Galakser på den tiden var annerledes enn i dag, de kan mer sammenliknes med en stjernehop, forteller Dahle.

Vår egen galakse, Melkeveien, består av 400 milliarder stjerner, mens de galaksene vi snakker om her kanskje var mer som en klump med 100.000 eller en million stjerner.

– Hubble-teleskopet ser i synlig lys og vil aldri kunne se de første galaksene. På grunn av universets utvidelse er både det synlige lyset og den ultrafiolette strålingen fra de eldste galaksene strukket helt over i det infrarøde området, forklarer Dahle.

Til forskjell fra Hubble-teleskopet skal James Webb se nettopp det infrarøde lyset.

Dahle forteller at forskerne håper å kunne se de aller første galaksene med James Webb.

– Men da trenger vi litt flaks. Vi vet ikke akkurat i hvilke retninger vi skal se for å finne noen, sier han.

– Mange lurer på om vi kan se de aller første stjernene også. Da må vi ha uhyre flaks og vi må ta gravitasjonslinser til hjelp.

Kan lage kunstig stjerneformørkelse

James Webbs fire instrumenter kan brukes og kombineres på 17 ulike måter. Eksempelvis blir det mulig å skygge for lyset fra en stjerne.

– Da blir det lettere å se svake objekter som planeter eller skiver av støv og gass omkring stjerna, forklarer Dahle.

Men tilbake til Solstreifbuen. Vi ser et forstrukket bilde av den slik den var for elleve milliarder år siden. Hvordan er den i dag?

– Kanskje Solstreifbuen har utviklet seg til å bli noe som likner Melkeveien, en mellomstor spiralgalakse? Det kan godt hende, sier Dahle.

Artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo

Universitetet i Oslo er én av 77 eiere av forskning.no. Deres kommunikasjonsansatte leverer innhold til forskning.no. Vi merker dette innholdet for å tydelig skille formidling fra uavhengig redaksjonelt stoff.
Her kan du lese mer om ordningen.

Les også disse sakene fra Universitetet i Oslo:

• 

  Vi trenger alternativer til antibiotika. Nå har forskerne kanskje en kandidat

• 

  Annette (26) visste ikke at hun hadde ADHD: – Jeg ble ofte oppfattet som en sjefete sladrehank

• 

  Slik kan den omstridte skjermen bidra til praktisk læring i skolen

• 

  Ny metode testa på mus: Nytt håp for immun­terapi mot prostatakreft

• 

  Morkaken er ditt aller viktigste organ

• 

  Forskere ville lære studentene om klima og politikk. Da fant de opp et nytt spill

Les flere saker laget av Universitetet i Oslo her.

forskning.no vil gjerne høre fra deg!

Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? TA KONTAKT HER