30. september 2019

Rekord-observationer finder den fjerneste proto-galaksehob og kæder universets mørke stof sammen med galaksedannelse

De første galakser:

Et internationalt hold af astronomer med deltagelse fra DAWN, Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet, har opdaget en proto-galaksehob, 13 milliarder lysår væk, ved hjælp af Subaru, Keck og Gemini teleskoperne i Hawaii. En proto-galaksehob er en struktur af galakser, som er i færd med at blive til en galaksehob og denne protohob er den fjerneste, der nogensinde er fundet. Opdagelsen sandsynliggør, at store strukturer som protohobe af galakser allerede eksisterede da universet kun var ca. 800 millioner år gammelt eller blot 6% af sin nuværende alder. At finde så fjern en protohob, får det til at virke som en let opgave at finde den berømte nål i en høstak. Men hvad der er mere vigtigt er, at opdagelsen rummer vigtig viden om universets historie. Resultatet er nu publiceret i Astrophysical Journals.

Den fjerneste protohob opdaget af Subaru teleskopet. Den blå skygge viser protohobens beregnede udstrækning og den blå farve indikerer en højere tæthed af galakser i protohoben. De røde objekter forstørrelserne er de 12 galakser, som er fundet i hoben. Denne figur viser et udsnit på 198 millioner lysår på hver side og en distance på 13 lysår. Hvert zoom område er 2,2 millioner lysår på hver side. (Credit: NAOJ/Harikane et al.)

Dannelsen af de største strukturer i universet er et gammelt astrofysisk problem for forskerne

I vort nuværende univers findes hobe af galakser med hundredevis af galakser, inklusive tital af massive galakser. Galaksehobe er de største astronomiske objekter i universet. De er forbundet med hinanden og udgør et enormt netværk af galakser, som man kalder ”stor-skala strukturen” i universet. Det betyder, at galaksehobe er en helt afgørende del af universets struktur, og det er et stort forskningsfelt i astronomien hvordan disse galaksehobe dannedes og udviklede sig gennem universets 13,8 milliarder år gamle historie.

Langt væk betyder også langt tilbage i tiden i astronomien

For at forstå dannelsen af galaksehobe har astronomer søgt efter proto-galaksehobe som kan anskues som ”forfædrene” til nutidens galaksehobe. En protohob er et fortættet system af et tital af galakser i det tidlige univers, som er i færd med at danne en galaksehob. Derfor er dét at finde og analysere protohobe i det tidlige univers et afgørende skridt på vejen mod at forstå galaksers dannelse og vækst i områder af universet med overtæthed. Det er et af de stående problemer i galakseudvikling. Professor Sune Toft fra DAWN forklarer: ”Når vi søger efter strukturer som denne protohob, handler det egentlig ikke om rekorden, selvom det er temmelig imponerende overhovedet at finde én. Det er faktisk en bedrift i sig selv. Men at finde de fjerneste protohobe handler om at flytte grænserne for, hvad vi kan se – hvor langt tilbage i universets historie kan vi fastlægge en kontinuerlig grundlinje for vores forståelse af universets udvikling? Når vi ser langt væk, så ser vi også tilbage i tiden, og derfor er rekorden betydningsfuld, rent videnskabeligt”.

Det kosmiske daggry

I denne periode af universets historie, det kosmiske daggry, en periode på kun en halv milliard år efter Big Bang, er der en enorm aktivitet i universet. Galaksedannelse kan studeres indgående, idet den afgrænsede tidsramme reducerer antallet af begivenheder, der kunne have indflydelse på galaksedannelsen. Spektret af mulige begivenheder, der påvirker dannelsen af galakser, er ganske enkelt mindre. ”Vi kan begrænse vores fokus til færre elementer i den underliggende fysik, som finder sted”, siger Sune Toft. ”Hvis jeg var en detektiv, som skulle efterforske et mord, ville jeg også være interesseret i, at finde liget så hurtigt som muligt efter forbrydelsen, så mine spor og bevismaterialet var så friskt som muligt. Det er sådan set en sammenlignelig situation her. Enorm astrofysisk aktivitet fordelt over en kort tidsperiode, giver os en masse observationelt materiale at arbejde med, og der er ikke så mange ’hvis’ og ’måske’, som når man studerer galaksedannelse over en længere tidsperiode”.

Sammenhængen mellem mørkt stof og stof, der udsender lys, kan studeres observationelt

”Et andet meget vigtigt aspekt af studiet her, som jeg finder ekstremt fascinerende, er at her kan vi studere fordelingen af galakser i det kosmiske netværk og forholde dét vi ser – lyset fra stjernerne – til den underliggende fordeling af mørkt stof. Mørkt stof er i virkeligheden den drivende faktor i galaksernes udvikling. Vi kan bare ikke se det. Men hvis vi bliver i stand til at placere galakserne i det kosmiske netværk og spore udviklingen, kan vi se hvordan det mørke stof påvirker det vi faktisk kan se. Det er egentlig det store, ubesvarede spørgsmål her. Vi kender ikke den nøjagtige relation mellem mørkt stof og stof, der udsender lys i øjeblikket. Men studier som dette forsyner os med værktøjet til at tackle problemet observationelt”, forklarer Sune Toft. ”At afsløre universets mørke skelet er i sidste ende det mål, vi har foran os med dette her”. 

Videnskabelig publikation: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab2cd5