Et mysterium av jern har fått astronomene til å undres: Er Universet eldre enn vi har trodd, eller fantes det enormt effektive jernfabrikker i Universets barndom?
Universitetet iOslo
Knut Jørgen RøedØdegaardatronom og forfatter
Publisert
Denne artikkelen er over ti år gammel og kan inneholde utdatert informasjon.
Hvis alderen er feil, må mange teorier kullkastes eller revideres. Hvis forklaringen på mysteriet er hittil ukjente kosmiske jernfabrikker, er løsningen kanskje merkeligere enn mysteriet.
En analyse av røntgenstråler fra en kilde som ligger hele 13,5 milliarder lysår unna, viser at kilden inneholder tre ganger større konsentrasjoner av jern enn det Solen gjør. Undersøkelsen er gjort med den europeiske satellitten XMM-Newton.
"Det europeiske romobservatoriet XMM-Newton studerer noen av Universets voldsomste fenomener. Kvasarene skyldes supertunge sorte hull som slurper i seg gass og stjerner fra omgivelsene. Stråler med svært varm blir slynget ut igjen. (Illustrasjon: MPA/MPE)"
Et univers i vekst
Vi mener å vite at hele vårt univers oppstod i et Big Bang for knapt 14,5 milliarder år siden. All materie og energi var klemt sammen til en ufattelig tett og het klump som plutselig begynte å ese voldsomt. Og den har siden fortsatt med det, slik at avstandene mellom galaksene gradvis blir større. Alle fjerne galakser fjerner seg derfor fra oss, og med større fart jo lenger borte de er. Årsaken er rett og slett at verdensrommet vokser.
En konsekvens av dette er at lyset (som er elektromagnetiske bølger) fra de fjerne galaksene blir strukket. Effekten er den samme som når et utrykningskjøretøy passerer deg i stor fart: Lyden får lavere toneart når bilen har passert og forsvinner.
Ved å måle hvor mye lyset fra fjerne galakser er strukket, kan vi lett regne ut avstanden.
Universets barndom
Det meget fjerne objektet APM 8279+5255 er avstandsmålt på denne måten: Avstanden er hele 13,5 milliarder lysår. Dette betyr samtidig at vi ser objektet slik det så ut for 13,5 milliarder år siden.
Med andre ord ser vi tilbake til Universets barndom! De aller første stjernene oppstod kanskje så tidlig som 100 millioner år etter Big Bang. De første galaksene og større objektene oppstod noe senere.
Big Bang laget de to letteste grunnstoffene i naturen, hydrogen og helium. Men alle andre grunnstoffer, slik som karbon, oksygen, jern osv., er laget av stjerner. Detaljerte studier av lyset fra fjerne objekter gir oss kunnskap om hvor mye tunge grunnstoffer som stjernene i det unge univers klarte å produsere.
En jernrik kvasar
Langt ute i verdensrommet finnes det en del galakser som har ekstremt aktive kjerner. Et lite område innerst i kjernen kan stråle 1 000 ganger kraftigere enn hele vår galakse med sine 300 milliarder stjerner! Forbløffende nok kommer energien fra et område bare på størrelse med vårt eget solsystem - en nesten forsvinnende liten del av galaksen. Fenomenet kalles en kvasar.
"Rett før den superoppvarmede gassen blir suget inn i det supertunge sorte hullet i midten, blir noe av gassen slynget ut igjen langs polene. Gassen kan komme opp i 99 prosent av lysets hastighet og blir styrt av kraftige magnetfelter. Store energimengder slynget ut i samme retning. Fra Jorden ser vi fenomenet som en kvasar dersom jetstrålene peker mot oss. (Illustrasjon: NASA)"
Motoren er et gigantisk, superslurkende monster av et sort hull som ligger i midten av kvasaren og suger til seg stjerner, gass og støv fra omgivelsene. På sin virvlende ferd inn i hullet, blir gassene voldsomt oppvarmet og stråler intenst. Noe av gassen blir dessuten slynget ut igjen med enorm fart som to jetstråler rett før gassen når hullet.
Takket være sine enorme lysstyrker kan kvasarene observeres på kolossale avstander. Den europeiske romorganisasjonen ESAs røntgenobservatorium XMM har nå studert kvasaren APM 8279+5255. Kvasaren hører til de mest energirike som er kjent og kan studeres tross dens ekstreme avstand.
Eksploderende fabrikker
De tunge grunnstoffene settes sammen i stjerner som er minst ti ganger tyngre enn Solen. På slutten av sine liv eksploderer disse stjernene som supernovaer og slynger de tunge grunnstoffene ut i verdensrommet. Med tid og stunder blir de deler av nye stjerner og planeter. Vi består selv av stoff fra supernovaer.
Annonse
Mengden av jern og andre tunge grunnstoffer burde derfor øke med objektets alder etter hvert som generasjon etter generasjon med stjerner har laget og spredd stoffene i verdensrommet.
Er Universets alder feil?
Men i denne ekstremt fjerne kvasaren (med kosmologisk rødforskyvningsparameter z=3,91) er det ekstremt mye jern - konsentrasjonen er 2-5 ganger høyere enn i Solen. Fordi alle tunge grunnstoffer dannes i stjerner, men av ulike stjerner, pleier astronomene å sammenligne mengdene av ulike grunnstoffer, for eksempel jern og oksygen. Dermed finner man ut hvilke stjerner som har eksistert og når de døde. I denne kvasaren er det mye jern også i forhold til oksygen. De sterke føringene for dannelsen dette gir, er problematiske.
"Lysflekken på det venstre bildet er kvasaren APM 8279 5255 som ligger 13,5 milliarder lysår unna. Med XMM-Newton har forskerne for første gang kunnet studere lyset fra et så fjernt objekt i detalj for å måle mengden av jern. Jernatomene setter sine karakterisktiske mønstre i spekteret (Fe K edge). (Illustrasjon: MPA/MPE)"
På kvasarens avstand er Universet trolig litt under én milliard år gammelt. Man har regnet ut at det tar ca. en milliard år å få et forhold mellom jern og oksygen som det vi finner i Solen. Men i kvasaren er forholdet tre ganger høyere. Hvordan kan det ha seg?
Tilsynelatende skulle jernet vært dannet før Universet oppstod, hvilket selvsagt er umulig. Alternativt er Universet eldre enn ventet. Da har stjernene rukket å lage mer jern. En siste mulighet er at ukjente og meget effektive jernfabrikker har vært i sving.
Uansett forklaring, kan denne kvasaren vise seg å ha enorm betydning for vår forståelse av Universets barndom og utvikling samt for de aller første stjernene.
