Kosmologi

Illustration af det intergalaktiske net stof fra University of Colorado, Boulder
Illustration af det intergalaktiske net stof fra University of Colorado, Boulder
De sidste 10år har der været stort fokus på at finde mørkt stof og -energi. Men faktisk har vi ikke engang haft helt styr på synlige stof!

Galaksernes masse udgør nemlig kun 10% af det baryonske stof, mens hele 60% findes i diffuse gasskyer mellem galakserne. De sidste 30% har man hidtil ikke kunnet redegøre for. Det mener forskerne nu at de har fundet;
En gruppe forskere fra Italien, Holland, Spanien, Harvard, Colorado mfl, har i 20år prøvet at redegøre for det manglende stof. Tilbage i 2012 foreslog de at det måske gemmer sig som "varm intergalaktisk stof" kaldet WHIM (warm-hot intergalactic medium).
Illustration af metoden til at finde det manglende intergalaktiske stof med Nexwton XXM rumteleskopet
Illustration af metoden til at finde det manglende intergalaktiske stof med Newton XXM rumteleskopet
De har derfor studeret quasaren 1ES 1553 ved hjælp af rumteleskoper som bla. ESA's XXM røntgen rumteleskop, og har fundet tydelige signaturer af højt-ioniseret brint og Helium i dens spektrum. Signaturerne var spredt ud over spektret som illustrationen viser, fordi det lå imellem os og quasaren og derfor har forskellige rødforskydninger.
De har så skabt en model af stoffets fordeling i rummet mellem os.

Under en antagelse om at der er lignende stof spredt ud over resten af himlen, har de derefter vist at det netop vil redegøre for de sidste 30% af universets masse. De forelår at stoffet er blevet slynget ud af galakser og quasarer for milliarder år siden, men har endnu ikke nogen forslag til hvilken kataklystisk begivenhed i universets historie der kan har gjort det.

Kilder: University of Colorado Boulder og XXM/Newton finds missing intergalactic material
Baggrundstråling For at lære mere om de første stjerner, har forskere fra Tel Aviv og Texas ledt efter radiosignaler fra de tidligste stjerner. Og de fandt signalerne ved 78Hz som beregnet og forventet. Til gengæld havde signalerne en langt større amplitude end forudsagt, hvilket ifølge forskerne visere en dybere absorbtion, som indikerer at de tidlige gasser var koldere end forventet.

"Jeg indså at det overraskende signal indikerede 2 spillere: De første stjerner som tændte radiosignalerne og mørkt stof som kølede det almindelige interstellare stof. Ekstra koldt materiale giver en naturlig forklaring på det stærke radio-signal" siger Professor Barkana iflg Tel Avviv University
Universets udvidelse efter Big Bang 6års målinger af cepheid variable stjerners afstand og lysstyrke med Hubble rumteleskopet, har givet astronomerne en ny mere præcist målestok for afstande til fjerne galakser. Cepheid variable stjerner har nemlig altid den samme lysstyrke/varians, så man kan bruge dem som måle-enhed for afstande i universet. Og med de nye forfinede afstande har man kunnet sætte et mere præcist tal universet accelererende udvidelse.
Målinger af mikrobølgebaggrundsstrålingen viser at universets udvidelseshastighed burde være 67-69 km/sek/megaparsec. Men de nye resultater viser at den faktiske hastighed er 73. Dermed kan man komme tættere på at afvise eller eftervise den legendariske "mørkeenergi", man mener er årsagen til at universets udvidelse ikke bremses af tungekraften, men tværtimod accelerer, skriver NASA

Normalt interesserer astronomer sig for enkelte hændelser, men kosmologer interesserer sig for "det store bille". Men det lykkedes De tidligste stjerner voksede meget hurtigt og blev enorme inden de eksploderede som supernovaer. Da de lavede simulationer af interaktionen mellem de tætte gasser omkring de tidlige galakser, fandt de at supernovaerne ikke alene rørte op i de interstellare gasser, men også medvirkede til at sprede det mørke stof der omgav galakserne.
Se How First Supernovae Altered Early Star Formation
Så dybt som aldrig før er astronomerne dykket ud i Universet med spektroskopiske optagelser. Det er sket med instrumentet MUSE, monteret på ESOs Very Large Telescope i Chile. Målområdet er Hubble Ultra Deep Field, og i det lille himmelområde er der målt afstande og andre data for 1600 meget svage galakser. Iblandt dem er der 72 galakser, som selv Hubbleteleskopet ikke har kunnet få øje på. Den banebrydende mængde data er allerede blevet til 10 videnskabelige artikler, som bliver offentliggjort i en særlig udgave af tidsskriftet Astronomy and Astrophysics. Alle disse nye informationer giver astronomerne indblik i stjernedannelsen i det meget tidlige Univers. Man kan studere bevægelserne og andre værdier for de helt unge galakser - og det skyldes altsammen de hele unikke spektroskopiske muligheder, som man har med MUSE.

Hubble Deep Field området, fotograferet af ESO Forskerholdet, som kalder sig MUSE HUDF Survey Team, ledes af Roland Bacon fra University of Lyon (CRAL, CNRS) i Frankring. De har brugt MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) til at observere et område i det sydlige stjernebillede Fornax (den Kemiske Ovn). Området har allerede været nærstuderet i mange andre sammenhænge, blandt andet af Hubble Rumteleskopet. Derfor kaldes området Hubble Ultra Deep Field, og billedet kan findes som heic0406. Resultatet af undersøgelserne er spektrer af de fjerneste objekter nogensinde. Der er målt præcise spektroskopiske data for 1600 galakser, og det er ti gange flere, end der i det seneste årti med møje og besvær er målt i det område med jordbaserede teleskoper.

De originale HUDF-billeder var nyskabende dybe observationer med NASA/ESA Hubble Space Telescope, og de blev offentliggjort i 2004. På de billeder kunne man se dybere - det vil sige længere væk og længere tilbage i tiden - end nogensinde før, og man så en vrimmel af galakser, hvor nogen af dem er så "unge" som mindre end en milliard år efter Big Bang. Senere er det samme område blevet observeret mange gange med Hubbleteleskopet og med andre teleskoper, og tilsammen er observationerne blevet til det dybeste kig ud i Universet til dato[1]. På trods af Hubbles dybe observationer, er det nu lykkedes for MUSE at finde 72 galakser i det samme område, som aldrig før er set - tillige med en masse andet.

Roland Bacon fortsætter: "MUSE kan noget, som Hubble ikke kan - instrumentet opsplitter lyset fra hvert eneste punkt i billedet i de bagvedliggende farver, og danner dermed et spektrum. Det gør, at det bliver muligt for os at måle afstanden, farverne og andre egenskaber ved alle de galakser, som vi kan se - inklusive altså nogle, som selv Hubble ikke kan se!"

Dataene fra MUSE gør det muligt for os at se svage og meget fjerne galakser helt tilbage i nærheden af Universets begyndelse for omkring 13 milliarder år siden. Instrumentet har fundet galakser, som er 100 gange svagere end hvad der indtil nu er fundet, og det forbedrer vores viden om galakserne helt fra dengang til nu.

De 72 nye galakser er af en type, som kaldes Lyman-alpha kilder, fordi de udelukkende lyser i Lyman-alphalys. Med vores nuværende forståelse for stjerndannelse kan vi ikke helt forklare disse galakser, netop fordi det ser ud som om, de kun lyser klart i denne ene farve. MUSE kan splitte lyset op i de enkelte bølgelængder, og netop derfor ser vi nu disse objekter, selvom det har været usynlige i andre billeder, som for eksempel dem fra Hubble.

"MUSE er helt enestående, fordi vi med det instrument får mulighed for at trække information ud om nogle af de tidligste galakser i Universet - og det endda i et himmelområde, som vi allerede har undersøgt grundigt," forklarer Jarle Brinchmann, som er hovedforfatter til en af de artikler, som beskriver undersøgelsens resultater. Han er fra University of Leiden i Nederlandene. "Vi lærer nye ting om disse galakser, som kun er muligt med spektroskopi. Det kan være kemisk sammensætning og indre bevægelser - og det sker ikke blot med målinger galakse for galakse. Her får vi det hele på een gang for alle galakserne!"

En anden større opdagelse i denne undersøgelse er, at man systematisk finder lysende hydrogenskyer omkring galakser i det tidlige Univers. Det giver astronomerne en ny og lovende måde hvorpå man kan studere, hvordan stoffet flyder ind og ud i disse tidlige galakser.

I de mange nye artikler bliver der beskrevet flere andre mulige måder at bruge denne datamængde på. Her iblandt hvilken rolle de svage galakser har haft ved den kosmiske re-ioniseringsfase, hvor ofte galakserne stødte sammen i det unge Univers, galaktiske vinde, stjernedannelse og kortlægning af stjernernes bevægelser tidligt i Univerets historie.

"Det er bemærkelsesværdigt, at alle disse nye data er optaget uden at vi har brugt MUSEs nylige opgradering Adaptive Optics Facility. Når vi får AOF i brug efter et årti med intensivt arbejde for ESOs astronomer og ingeniører, forventer vi endnu mere revolutionerende opdagelser i fremtiden," slutter Roland Bacon.
Kilde: ESO