Den fjerne galaksen har blitt observert ved hjelp av en forstørrende effekt i verdensrommet. (Foto: Vadim Sadovski / Shutterstock / NTB scanpix)
Den fjerne galaksen har blitt observert ved hjelp av en forstørrende effekt i verdensrommet. (Foto: Vadim Sadovski / Shutterstock / NTB scanpix)

Kosmisk forstørrelsesglass med superzoom på fjern galakse

– Det er som at være et barn i en godteributikk, sier forsker.

Publisert

«The Emerald», eller Smaragden, er en galakse som ligger så langt unna fra oss at det tar lyset elleve milliarder år å nå fram til jorden.

Det innebærer at vi ser galaksen som den så ut da universet bare var 2–3 milliarder år gammelt og altså fortsatt i sin spede barndom.

I en ny studie har forskere brukt en spesiell forstørrelseseffekt til å studere galaksen – uten den effekten ville det være umulig.

– Det er helt fantastisk. Forstørrelseseffekten er så kraftig at vi kan studere galaksen i nesten like høy oppløsning som når vi studerer galakser tett på oss, sier førsteforfatter Raoul Cañameras, postdoktor ved Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.

Den nye studien handler om hvordan stjerner dannes i den fjerne galaksen. Den er utgitt i Astronomy and Astrophysics.

En bragd

Selv om galaksen ligger langt unna, har forskerne zoomet helt inn på den.

Om Smaragden

Galaksen The Emerald, Smaragden, er gigantisk: Den har en masse som er 100 milliarder ganger større enn sola – det er mye sammenlignet med andre galakser i det tidlige universet.

Smaragden former stjerner med nærmest eksplosiv hastighet: Galaksen former stjerner 100 ganger raskere enn Melkeveien og er derfor full av stjerner. Hvert år dannes stjerner med til sammen 100–200 solmasser.

Det er vanskelig å si hvilken betydning det ville ha for oss jordboere hvis Melkeveien var like hyperaktiv. Trolig ville den enorme mengden UV-strålingen vært skadelig.


Kilde: Raoul Cañameras

Det er en bragd, mener en forsker som ikke har vært involvert i forskningsprosjektet:

– Det er som å være et barn i en godteributikk å kunne fokusere på så fjerne objekter. Vi ser galaksen i veldig høy oppløsning, sier Thomas Greve, seniorforsker ved Cosmic Dawn Center ved DTU Space.

Galakser på linjer skaper superzoom

Mellom jorden og Smaragden ligger en såkalt «galaksehop», og det er takket være den forskerne kan observere en galakse som ligger så mange milliarder lysår unna.

– Jorda, galaksehopen og Smaragden ligger på linje, og det skaper en forstørrelsesglasseffekt. Galaksene virker som en linse. Det er det som gjør Smaragden så klar og lyssterk sett fra jorden, sier Thomas Greve.

Slike effekter er sjeldne.

Romforskere kjenner til hundrevis av galakser som kan man se igjennom lignende linser – men selv om det kanskje ikke lyder slik, er det et beskjedent antall. Det skal nemlig holdes opp mot det havet av galakser man kan se på himmelen med supersterke teleskoper, forklarer Greve.

Her er området omkring Smaragden sett igjennom Hubble-romteleskopet. Inne i firkanten i midten av bildet kan du se lyset fra galaksen Smaragden. De små svarte firkantene inni lyssirklene på bildet er de galaksene som ligger mellom jorden og Smaragden. Den oransje sirkelen er punktet der forstørrelsesglasseffekten er sterkest. (Foto: Raoul Cañameras et al.)
Her er området omkring Smaragden sett igjennom Hubble-romteleskopet. Inne i firkanten i midten av bildet kan du se lyset fra galaksen Smaragden. De små svarte firkantene inni lyssirklene på bildet er de galaksene som ligger mellom jorden og Smaragden. Den oransje sirkelen er punktet der forstørrelsesglasseffekten er sterkest. (Foto: Raoul Cañameras et al.)

Slik blir galaksene til et enormt forstørrelsesglass

Fenomenet heter «gravitasjonslinseeffekt». Den oppstår når lyset som Smaragden sender ut, blir bøyd av på reisen sin gjennom galaksehop når det er på vei mot planeten vår.

Når lyset blir bøyd, blir det kraftigere for oss på jorden.

Galaksehoper kan bøye lyset fordi galakser har stor masse. Objekter med en stor masse kan krumme rommet rundt seg.

Dermed kan det bli til et gigantisk forstørrelsesglass.

Selv om gravitasjonslinseeffekten er sjelden, er den ikke noe nytt fenomen. Det ble allerede spådd av den tyske fysikeren Albert Einstein i 1912. Det var fire år, før han utga «Den generelle relativitetsteori».

Men det var først i 1979 forskere klarte å observere himmellegemer ved hjelp av effekten, og man har ikke kunnet observere galakser som Smaragden før i 2010.

Slik ser det ut når lysstrålene fra et objekt langt fra jorden (her en såkalt «kvasar», som er en spesiell type galakse), blir forsterket av massen fra en mellomliggende galakse. Dermed kan vi se bakgrunnsgalaksen helt tydelig fra jorden. (Video: HubbleESA)

Det kosmiske forstørrelsesglasset er også en tidsportal

I tillegg til å være et ultrasterkt forstørrelsesglass fungerer galaksehopene også som en form for tidsportal.

Det gjør at vi kan se den fjerne galaksen slik den så ut da universet bare var to – tre milliarder år gammelt – bare 20 prosent av sin nåværende alder på 13,7 milliarder år.

– Det vil si at hvis du startet en kosmisk klokke ved Big Bang og ventet to – tre milliarder år, så er det den tidsperioden man ser gjennom gravitasjonslinsen, sier Greve.

Tidsportalen oppstår fordi lyset fra galaksen bruker så lang tid å nå jorden, forklarer Greve.

– Så det lyset vi ser, har reist mot oss i mange milliarder år. Vi ser også vanlig sollys når det er åtte minutter gammelt, siden det tar lyset åtte minutter å nå fra solen til jorden.

På tidslinjen kan du se hvordan elementene i universet har utviklet seg til det universet vi kjenner i dag. (Illustrasjon: The AstronomyBum / Wikimedia)
På tidslinjen kan du se hvordan elementene i universet har utviklet seg til det universet vi kjenner i dag. (Illustrasjon: The AstronomyBum / Wikimedia)

En brikke i universets utvikling

Nå spør du kanskje deg selv hvorfor det er så viktig å vite noe om hvordan galakser har sett utenfor så lenge siden. Det er det en god forklaring på:

– Det er en viktig brikke for å forstå hvordan strukturer i universet har utviklet og blitt til det vi ser i dag, sier Greve. – Selv om vi har sett på nære galakser, trenger vi å forstå de som ligger lengre unna fordi de er «besteforeldre» til galakser som er nærmere oss.

Det finnes flere ulike typer av galakser

Spiralgalakser, som for eksempel Melkeveien, ligner litt på en strømvirvel, der buede armer utgår fra en lysende kjerne i midten.

Stavgalakser ligner på spiralgalakser, men den lysende kjernen i midten er trukket ut.

Elliptiske galakser er ellipseformede.

Irregulære galakser kan se veldig ulike ut, og passer ikke inn i noen av de andre kategoriene.

Starburstgalakser har bare vært kjent siden slutten av 1990-tallet. De ligger veldig langt unna oss og lyser med et veldig sterkt infrarødt lys.

I 2014 oppdaget danske forskere fra Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet at eldgamle «starburstgalakser» (som Smaragden) er et tidlig forstadium til de elliptiske galaksene som eksisterer i dag.

Siden starburstgalaksene i det tidlige universet var ferdige med å forme stjerner, slo de seg sammen med mindre galakser og formet de gigantiske, elliptiske galakser som eksisterer i dag.

Oversikt over hvordan starburstgalakser har utviklet seg til de lokale elliptiske galaksene som eksisterer i dag. (Illustrasjon: NASA, ESA, S. Toft, Niels Bohr Instituttet, og A. Feild, STSCI)
Oversikt over hvordan starburstgalakser har utviklet seg til de lokale elliptiske galaksene som eksisterer i dag. (Illustrasjon: NASA, ESA, S. Toft, Niels Bohr Instituttet, og A. Feild, STSCI)

Mysteriet om hyperaktive galakser

Grunnen til at forskergruppen i det hele tatt ville studere Smaragden, var noen bestemte egenskaper:

I motsetning til i vår galakse, Melkeveien, fødes og dør stjerner med ekstremt høy hastighet i Smaragden.

Faktisk formes stjernene 100 ganger raskere enn i Melkeveien, og forskerne ville finne ut hvorfor.

– Vil ville se om fjerne galakser oppfører seg som de som ligger nærmere jorden. Galakser som Smaragden er tidlige stadier av galakser som ligger nærmere, så derfor kan de hjelpe oss med å forstå universet bedre, forteller førsteforfatter Raoul Cañameras.

Støtter teori om elliptiske galakser

Ved å finstudere Smaragden fant forskerne at det ikke vil bli like mange nye stjerner i galaksen etter hvert, fordi mye av gassen stjerner bruker som drivstoff, blåses ut av galaksen.

Elliptiske galakser er stort sett sammensatt av eldre stjerner og inneholder ikke særlig mye gass. Dermed gir teorien om at elliptiske galakser er sene stadier av starburstgalakser, enda mer mening.

Raoul Cañameras ser fram til at forstørrelsesglasseffekten vil hjelpe enda flere romforskere verden over med å finne massevis av fjerne galakser med lignende stjerneformasjon.

The Emerald-galaksen (Smaragden) har blitt observert med to radioteleskoper som er 15 og 30 meter høye og står på henholdsvis Veleta-fjellet i Spania og i de franske alpene. (Foto: DiVertiCimes, IRAM)
The Emerald-galaksen (Smaragden) har blitt observert med to radioteleskoper som er 15 og 30 meter høye og står på henholdsvis Veleta-fjellet i Spania og i de franske alpene. (Foto: DiVertiCimes, IRAM)

Referanse:

R. Canameras mfl: «Planck's Dusty Gems. V. Molecular Winn and clump stability in a strongly lensed star-forming galaxy at z 2.2», Astrophysics of Galaxies (2018), DOI: 10.1051/0004-6361/201833679

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.