Leitar ljóssins í myrkrinu

Vetrarbrautin EGS-zs8-1 er sú fjarlægasta sem staðfest er að hafi …
Vetrarbrautin EGS-zs8-1 er sú fjarlægasta sem staðfest er að hafi fundist með Hubble-geimsjónaukanum. Hún var til fyrir um 13 milljörðum ára. NASA, ESA, P. Oesch og I. Momcheva (Yale University), ásamt 3D-HST og HUDF09/XDF-teymunum

Fyrir utan aragrúa stjarna og vetrarbrauta virðist geimurinn biksvartur. Sé rýnt betur í myrkrið má þó finna bakgrunnsljós allt frá árdögum alheimsins. Við það fæst stjarneðlisfræðingurinn Kári Helgason sem hefur meðal annars skrifað grein um þær rannsóknir ásamt Nóbelsverðlaunahafa í eðlisfræði.

Skömmu eftir að alheimurinn okkar varð til í heitum Miklahvelli fyrir um 13,7 milljörðum ára byrjuðu stjörnur, svarthol og vetrarbrautir að myndast og dæla ljósi út í hann. Þó að stjörnurnar hafi síðan sprungið og horfið er enn hægt að merkja ljósið sem þessi fyrsta kynslóð ljósuppspretta gaf frá sér. Þetta ljós hefur skilið eftir ummerki í hinu svokallaða bakgrunnsljósi eða innrauðu bakgrunnsgeisluninni.

Það sem flækir hins vegar málið er að fyrirbæri hafa haldið áfram skína skært í gegnum alla sögu alheimsins og því er það þrautinni þyngra að bera kennsl á það ljós sem kom frá fyrstu stjörnunum og vetrarbrautunum.

„Menn hafa reynt að nota þetta bakgrunnsljós til þess að greina einhver ummerki frá fyrstu stjörnum og vetrarbrautum í alheiminum. Til þess höfum við hingað til tekið djúpar myndir af alheiminum og fjarlægt í burtu allar þær stjörnur og vetrarbrautir sem við sjáum á myndinni. Við erum í raun bara að skoða svörtu dílana en þeir eru í raun ekki svartir, það er ljós alls staðar sama hvar þú horfir þó svo að þú greinir ekki uppsprettuna sjálfa. Með þessu erum við svolítið að skyggnast á bak við tjöldin og sjá það sem geimsjónaukinn sér ekki með því að horfa á svörtu dílana,“ segir Kári sem starfar við Max Planck-stjarneðlisfræðistofnunina í Þýskalandi.

Stjörnurnar þurftu að vera alger skrímsli

Kári er aðalhöfundur nýrrar greinar sem fjallar um rannsóknir á þessu bakgrunnsljósi. Í henni færir hann rök fyrir því að ef flökt sem menn hafa greint í ljósinu sé í raun merki um fyrstu stjörnurnar og vetrarbrautirnar í alheiminum þá hafi þær þurft að vera afar frábrugðnar þeim sem við þekkjum í dag.

„Stjörnurnar þyrftu þá að vera alger skrímsli, hundrað til þúsund sinnum massameiri en sólin. Ef þetta er frá svartholum en ekki stjörnum þurftu þau að stækka mjög ört í árdaga alheimsins og hakka í sig mikið gas á mjög skömmum tíma til að lýsa svona bjart,“ segir hann.

Hann telur ólíklegt að þetta merki sé frá þessum tíma í sögu alheimsins og mögulega hafi menn ekki náð að sía ljós frá nálægum og björtum vetrarbrautum algerlega í burtu. Engu að síður séu aðrar sterkar vísbendingar um að fyrsta kynslóð stjarna ætti að hafa verið talsvert öðruvísi en þær sem við þekkjum í dag. Þær mynduðust aðeins úr vetni og helíum, einu frumefnunum sem til voru í alheiminum á þessum tíma, og fjöldi tölvulíkana sýnir að stjörnurnar hefðu átt að verða mun massameiri en sólin okkar.

Hvað svartholin varðar séu sterkar ástæður fyrir því að ætla að þau hafi stækkað ört og skinið skært. Kári bendir á að nú hafi menn fundið risasvarthol sem hafi myndast aðeins nokkur hundruð milljón árum eftir Miklahvell en enginn viti hvernig þau hafi náð að stækka svo ört á svo skömmum tíma í stjarnfræðilegum skilningi.

„Þetta eru sönnunargögn um að það var eitthvað þarna á seyði. Við þurfum náttúruleg alltaf að skilja upphafið og hvert hlutirnir eiga rætur sínar að rekja ef við ætlum að skilja fyrirbærið að fullu. Þetta er eltingaleikur við þessi fyrstu 100-200 milljón ár eftir Miklahvell. Um leið og þú skilur það tímabil í smáatriðum muntu skilja alla alheimssöguna miklu betur,“ segir Kári.

Vísindamenn sía burt ljós frá nálægum og björtum stjörnum og …
Vísindamenn sía burt ljós frá nálægum og björtum stjörnum og vetrarbrautum úr bakgrunnsljósinu til að reyna að koma auga á fyrstu kynslóð stjarna og vetrarbrauta. NASA / JPL-Caltech / A. Kashlinsky

Skerpir sýn James Webb-sjónaukans

Önnur grein sem Kári er meðhöfundur að fjallar um aðferð til þess að sía ljós frá nálægari fyrirbærum frá bakgrunnsljósinu í einu vetfangi með James Webb-geimsjónaukanum sem bandaríska geimvísindastofnunin NASA hyggst skjóta á loft árið 2018. Annar höfundur þeirrar greinar er bandaríski stjarneðlisfræðingurinn og Nóbelsverðlaunahafinn í eðlisfræði John C. Mather.

Aðferðin byggir á því að nota sérstök ummerki vetnis í litrófi stjarnanna. Ljósið sem fyrstu stjörnurnar og vetrarbrautirnar gáfu frá sér lagði af stað sem mestmegnis sýnilegt og útfjólublátt ljós. Vegna útþenslu alheimsins hefur teygst á bylgjulengd ljóseindanna og það hefur þess vegna hliðrast út í innrauða enda litrófsins. Þetta kallast í heimi stjarneðlisfræðinnar rauðvik. Með því að bera saman flökt í bakgrunnsljósinu með mismunandi litsíum á James Webb er það tillaga höfunda greinarinnar að hægt sé að sía forgrunnsljósið í burtu og sitja þá eingöngu eftir með ljós frá árdögum alheimsins.

Kári segir að James Webb, sem er arftaki Hubble-geimsjónaukans, sé stór og öflugur en ekki nægilega til þess að greina allra fyrstu vetrarbrautirnar. Síunin á bakgrunnsljósinu sem hópurinn leggi til geri sjónaukanum kleift að horfa enn lengra en hann var hannaður til.

Endurskapa sögu ljóssins í alheiminum

Enn sem komið er hefur enginn getað numið fyrstu stjörnurnar og vetrarbrautirnar í alheiminum, til þess eru þær einfaldlega of fjarlægar og daufar. Kári segir að reglulega berist fréttir um að Hubble hafi fundið fjarlægasta fyrirbæri sem þekkt sé í alheiminum en sjónaukinn sé kominn að getumörkum sínum.

Hubble hafi náð fyrirbærum sem hafi verið til um 400 milljónum árum eftir Miklahvell en nú sé stefnt að því að ná ennþá lengra, um 100-200 milljónum árum eftir upphaf alheimsins, þ.e. fyrir rúmum þrettán milljörðum árum.

„Við útlistum í þessari grein að við getum endurskapað sögu ljósuppspretta í alheiminum frá fyrstu andartökunum. Við fullyrðum að þetta sé raunhæft og við hyggjumst láta á það reyna. Þetta er líka svolítil sölugrein fyrir sjálfan sjónaukann. Ein ástæðan á bak við greinina er að sannfæra fólk um að gefa okkur tíma við sjónaukann. Ég held að það sé mjög líklegt að við gerum þetta með einum eða öðrum hætti,“ segir Kári sem vinnur nú að frekari rannsóknum á bakgrunnsljósinu og fleiri verkefnum.

Kári Helgason, stjarneðlisfræðingur, starfar nú við Max Planck-stjarneðlisfræðistofnunina í Garching …
Kári Helgason, stjarneðlisfræðingur, starfar nú við Max Planck-stjarneðlisfræðistofnunina í Garching í Þýskalandi.

Fyrri frétt mbl.is: Skyggnist milljarða ára aftur í fortíðina

mbl.is
Fleira áhugavert
Fleira áhugavert