Rymdfynd avslöjar stjärnbildning strax efter Big Bang

16 maj 2018
Artikel från Uppsala universitet
Ämne: Natur & teknik

Forskare har med hjälp av jätteteleskop upptäckt spår av grundämnen från en extremt avlägsen galax – så långt borta att det tagit ljuset från galaxen cirka 13.3 miljarder år att nå fram till oss. Upptäckten kan ge nya svar på frågor om hur stjärnbildning gick till för cirka 250 miljoner år sedan, ”strax” efter Big Bang.

I en artikel i tidskriften Nature rapporterar det internationella forskarlaget om hur man med hjälp av jätteteleskopen ALMA och VLT upptäckt signaturer av syre och väte. Detta är den mest avlägsna upptäckten av enskilda grundämnen i rymden hittills.

Genom att studera ljuskällor på stora avstånd i rymden kan astronomer lära sig mer om universums tidiga utveckling och hur de allra första galaxerna bildades. Eftersom det tagit många miljarder år för ljuset från de mest avlägsna galaxerna att nå jorden ser man dem som de såg ut för mycket länge sedan, närmare tiden för Big Bang.

Det går nu att dra slutsatser om stjärnbildning längre tillbaka i universums historia än någonsin förut, menar forskarna.

Så här gjordes upptäckten

Genom observationer av galaxen MACS1149-JD1 med två olika teleskop (ALMA – Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, samt VLT – Very Large Telescope) i Atacama-öknen i Chile har forskarna lyckats upptäcka ljussignaturer från både syre och väte.

Medan väte fanns på plats redan mycket kort efter Big Bang så skapades syre när de första stjärnorna tändes. Mängden syre i galaxen MACS1149-JD1 avslöjar att flera generationer av stjärnor redan hunnit skapas och brinna ut för 13.3 miljarder år sedan, vilket motsvarar cirka 500 miljoner år efter Big Bang.

– Grundämnesmätningar har aldrig tidigare lyckats för en galax så här tidigt i Universums historia. Men genom att kombinera våra observationer med arkivdata från Hubble Space Telescope och Spitzer Space Telescope har vi faktiskt kunnat säga något om hur stjärnbildningen i den här galaxen gick till ännu tidigare – ca 250 miljoner år efter Big Bang. Det har heller aldrig gjorts förut, så det här är på sätt och vis dubbelt rekord, förklarar Erik Zackrisson, docent i astronomi vid Uppsala universitet och medförfattare till artikeln.

Forskargruppens analys visar att galaxen inledningsvis måste ha bildat stjärnor i rasande takt, men att stjärnbildningsaktiviteten sedan klingat av för att sedan stiga på nytt.

– Det där är något man kunnat se i datorsimuleringar av tidiga galaxer. En generation stjärnor föds, utsänder sitt ljus och dör sedan i våldsamma supernova-explosioner. Explosionerna hettar upp och blåser iväg den gas som stjärnor bildas av, vilket för en tid hindrar ytterligare stjärnbildning.

Bilden visar galaxhopen MACS J1149.5+223 fotograferad av NASA/ESA Hubble Space Telescope, med data från ALMA-teleskopet för galaxen MACS1149-JD1 i den inzoomade delen.

– Men för en så här massiv galax förutspår inte dagens galaxsimuleringar så kraftiga svängningar i stjärnbildningsaktivitet som de vi här ser spår av. Det är som att det saknas något i dagens datormodeller av tidig galaxbildning – kanske förstår vi inte supernova-explosionerna från de första stjärnorna tillräckligt väl? säger Erik Zackrisson.

Med det kommande James Webb Space Telescope, som kommer att skjutas upp i rymden 2020, kommer man att kunna studera många galaxer på samma avstånd som MACS1149-JD1, med betydligt bättre datakvalitet än vad som är möjligt med dagens teleskop.

– Då får vi nog veta vad som egentligen pågår i de första galaxerna, säger Erik Zackrisson.

Studien:
Hashimoto, T., et al (2018) The onset of star formation 250 million years after the Big Bang, Nature

Kontakt:
Erik Zackrisson, institutionen för fysik och astronomi, Uppsala universitet, erik.zackrisson@physics.uu.se