Illustrasjon som viser den tidlige utviklingen av universet, fra opprinnelsen av de første kosmiske bakgrunnstrålene (t.v.) til slutten av reioniseringsepoken.  (Illustrasjon: ESA – C. Carreau)
Illustrasjon som viser den tidlige utviklingen av universet, fra opprinnelsen av de første kosmiske bakgrunnstrålene (t.v.) til slutten av reioniseringsepoken. (Illustrasjon: ESA – C. Carreau)

Nye bilder av universet avslører at stjernene ble født senere enn vi har trodd

De første stjernene ble ifølge nye strålingskart dannet i universets ungdomsår. 

Publisert

– Det vi ser nå er det vi kan kalle konfirmasjonsbildet av universet, sier professor Hans Kristian Kamfjord Eriksen.

Han mener det viser at de første stjernene i universet ble dannet mye seinere enn vi tidligere har trodd.

Ved å studere fossilt lys fra universets ungdomsår har en gruppe forskere nå endret forståelsen vi har av den tidlige utviklingen av universet. 

Blant dem finner vi Eriksen og forsker Ingunn Kathrine Wehus fra Institutt for teoretisk astrofysikk ved Universitetet i Oslo.

Universets barneår

Først må vi litt tilbake i tid, til cirka 13,8 milliarder år. Universet er et par sekunder gammelt.

Det som i dag er uendelig mengder stjerner og galakser, er på denne tiden en ganske unnselig ursuppe bestående av elektroner, protoner, nøytroner og fotoner.

Omtrent 380 000 år etter Big Bang, altså fortsatt i universets barneår, begynte elektroner og protoner å slå seg sammen til hydrogenatomer, en fase vi kaller rekombinasjon.

Disse sammenslåingene kan i dag registreres av teleskoper og er det vi kjenner som kosmisk bakgrunnsstråling eller CMB.

Polariseringskart over bakgrunnstråling. (Foto: (Illustrasjon: ESA))
Polariseringskart over bakgrunnstråling. (Foto: (Illustrasjon: ESA))

Ungdomssopprør

Mens universet stadig utvidet seg og ble avkjølt, kunne materie gradvis danne større strukturer lik dem vi kjenner i dag, som for eksempel stjerner.

Samtidig som stjernene gjorde omgivelsene lysere, førte den kraftige ultrafiolette strålingen deres til at hydrogenatomer ble splittet tilbake til sin utgangsform, elektroner og protoner.

Denne litt opprørske prosessen, hvor mesteparten av universets materie ble ionisert av stjernene, er det vi kaller reioniserings-epoken.

Epoken er en av de sentrale fasene i universets utvikling og er derfor noe forskerne higer etter å datere. 

– For kosmologer er dannelsen av strukturer som stjerner et av hovedmålene, og reioniseringsepoken er derfor et av de heteste temaene innen fagfeltet, forklarer Eriksen.

– Forskere er ganske enige om at den var ferdig cirka 900 millioner år etter Big Bang. Men når den begynte, har de vært uenig om.

Kartlegger universets ungdomsår

For å få en pekepinn på når reioniseringsepoken startet har forskerteamet benyttet såkalte polariseringskart. En del av bakgrunnsstrålingen fra reioniseringsepoken er nemlig polarisert, det vil si at den vibrerer i én bestemt retning.  

Polariseringen oppstår idet lyspartikler dulter borti elektroner. Etter at stjerner oppsto og reioniserte materie, ble elektroner frigjort og slike kollisjoner skjedde hyppigere.

En av forskerne bak funnet, Hans Kristian Kamfjord Eriksen. (Foto: Espen Haakstad/UiO)
En av forskerne bak funnet, Hans Kristian Kamfjord Eriksen. (Foto: Espen Haakstad/UiO)

Når polariseringssignaler plukkes opp i dag, flere milliarder år senere, kan de dermed si noe om når stjernene oppsto.

– Kartene vi har lagd av polarisert bakgrunnsstråling, er de reneste noensinne og stammer fra det sensitive høyfrekvensinstrumentet av Planck-satellitten, forteller Ingunn Kathrine Wehus.

Stjerner hovedkilden til ionisering

Ifølge de nye resultatene var halvparten av reioniserings-epoken over omtrent 700 millioner år etter Big Bang, mye senere enn tidligere estimater, som tilsa mellom 100 til 550 millioner år.

Det forskyver dermed også de første stjernefødslene fremover i tid.

Problemet med de tidlige estimatene var at de innebar at reioniseringen må ha vært forårsaket også av andre objekter enn stjerner. Den nye dateringen viser imidlertid at stjernene alene kan ha stått for reioniseringen av universet.

En annen forlokkende følge av den nye timingen er at de første generasjoner med galakser sannsynligvis ligger innenfor målbar rekkevidde for fremtidens astronomiske instrumenter. Kanskje til og med dagens, ifølge forskerne bak studien. 

Referanse:

Hans Kristian Kamfjord Eriksen m.fl: Planck Collaboration. Planck intermediate results. XLVII. Planck constraints on reionization history’ and ‘Planck intermediate results. XLVI. Reduction of large-scale systematic effects in HFI polarization maps and estimation of the reionization optical depth. Astronomy & Astrophysics. August 2016. DOI: http://dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201628890