Det er astronomer fra Sverige, Japan, Storbrittannien og ESO, som i samarbejde har brugt ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) til at observere en af de fjerneste galakser, vi kender, med det mundrette navn SXDF-NB1006-2. Den galakse har en rødforskydning på 7,2, og det betyder, at vi ser den idag, som den så ud bare 700 millioner år efter Big Bang.
Forskerholdet håbede på at finde ud af, hvilke tunge grundstoffer der var tilstede i så ung en galakse, fordi det kan fortælle os noget om hvornår de første stjerner blev dannet, og hvor mange der var af dem. Hvad der skete under den kosmiske reionisering er nemlig stadig for en stor dels vedkommende ukendt.
"Det er helt afgørende vigtigt at lede efter de tunge grundstoffer i det tidlige Univers, hvis man vil vide noget om stjernedannelsen i den periode," siger Akio Inoue fra Osaka Sangyo Universitetet i Japan. Han er hovedforfatter til den artikel, som netop er blevet offentliggjort i det ansete videnskabelige tidsskrift Science. "Når vi véd mere om de tunge grundstoffer, kan vi også bedre forstå hvordan galakserne blev dannet i starten, og hvad der forårsagede reioniseringen," tilføjer han.
Før der blev dannet objekter, som for eksempel stjerner, var Universet fyldt med elektrisk neutrale gasarter, langt overvejende Helium og Hydrogen (Brint). Få hundrede millioner år efter Big Bang begyndte de første stjerner at lyse op, og de strålede så intenst, at de neutrale gasatomer i rummet omkring dem blev splittet ad - gasserne blev ioniserede. Det er i den fase, som kaldes kosmisk reionisering, at Universet ændrede sig helt radikalt, men det diskuteres stadig, hvilken slags objekter det var, som forårsagede reioniseringen, og om det for eksempel hovedsagelig var unge stjerner eller galaksekerner. Derfor studerer astronomerne forholdene i de tidlige, unge galakser med så stor interesse.
Inden ALMA blev taget i brug til projektet her, har forskerne foretaget computersimuleringer for at prøve at forudsige, hvor svært det ville være at se ioniseret ilt med ALMA. Simuleringerne blev sammenlignet med observationer af lignenede ældre galakser, som er meget tættere på Jorden, og forventningen var, at man lige netop skulle kunne se strålingen fra ilten, selv på disse enorme afstande.
Med den høje følsomhed, som ALMA kan præstere, lykkedes projektet. Der blev faktisk fundet ioniseret ilt i galaksen SXDF-NB1006-2, og det er den indtil nu fjerneste sikre måling af ilt. Vi véd nu med sikkerhed, at der fandtes ilt også så tidligt i Universets historie, kun 700 millioner år efter Big Bang.
Ilten i SXDF-NB1006-2 er ti gange sjældnere end iltmængden i Solen. "Det var forventet, at der ikke ville være så meget ilt, for Universet var stadig ungt, og der havde ikke været tid til at danne så meget i stjernerne," bemærker Naoki Yoshida fra universitetet i Tokyo. "Ti gange mindre ilt end indholdet i Solen var netop, hvad vore simuleringer havde forudsagt, men vi har et andet, helt uventet resultat: der var den gang kun meget lidt kosmisk støv i galaksen."
Det lykkedes ikke for forskerholdet at måle udstråling fra kulstof i galaksen, og det kunne tyde på, at denne unge galakse indeholder meget lidt u-ioniseret brintgas. Desuden er der altså kun meget lidt støv, som består af de tungere grundstoffer. "Muligvis er der noget usædvanligt på færde i lige denne galakse," siger Inoue. "Jeg har en mistanke om, at næsten al gassen i galaksen er højt ioniseret."
At man finder ioniseret ilt viser, at der i denne galakse er dannet mange meget klare stjerner, som er snesevis af gange tungere end Solen. De stjerner udsender den intense ultraviolette stråling, som er nødvendig for at ionisere iltatomerne.
Når der ikke er så meget støv i galaksen, kan det ultraviolette lys lettere undslippe og dermed ionisere store mængder af gasserne udenfor galaksen. "SXDF-NB1006-2 kan godt være prototypen for de lyskilder, som forårsager den kosmiske re-ionisering," siger Inoue.
"Det her er et vigtigt skridt imod en forståelse af, hvad det er for objekter, som forårsager den kosmiske reionisering, Vi er allerede igang med de næste observationer med ALMA. Observationer med større opløsningsevne vil give os mulighed for at se både fordelingen af ioniseret ilt og bevægelsesmønstrene i galaksen, og det vil så igen hjælpe os til at forstå forholdene i denne galakse." forklarer Yoichi Tamura fra Tokyos univsersitet.
Kilde: ESO
