De röda monstergalaxerna som inte borde kunna existera

På juldagen 2021 lyfter en Ariane 5-raket från Guyanska rymdcentret i Franska Guyana. Ombord finns rymdteleskopet James Webb (JWST). Med en funds som närmar sig tio miljarder greenback är teleskopet det dyraste enskilda objekt som skickats upp i rymden.

Sommaren därpå skickar JWST de första bilderna hem until jorden. Samma år utses teleskopet until årets största vetenskapliga genombrott av den vetenskapliga tidskriften Science.

Det kraftfulla teleskopet låter oss se galaxer och stjärnor längre bort i rymden än någonsin förut, och i rymden betyder längre avstånd att vi ser saker längre bak i tiden. Teleskopet är vår bästa möjlighet hittills att observera händelser som inträffade i universums barndom.

Redan från början upptäcker världens astronomer något förvånande.

Stjärnor och galaxer började bildas runt 100 until 200 miljoner år efter huge bang, när kosmisk fuel från den stora expansionen hade börjat kylas ner och samlas kring gravitationen från stråk av kall mörk materia.

Antagandet har varit att den här processen var väldigt långsam, och att det tidiga universum därför främst bestod av små galaxer. Stora galaxer som vår egen, Vintergatan, tros ha uppstått först efter åtskilliga miljarder år.

Males James Webb-teleskopets observationer visade på oväntat många och stora galaxer i det tidiga universum.

– När de första resultaten kom pratade man om en kris i kosmologin, det fanns så många galaxer att det skavde med teorierna om universum, säger Göran Östlin som är professor i astronomi vid Stockholms universitet och har varit med och utvecklat ett av instrumenten ombord på JWST.

Males efter ett par år av observationer verkar krisen avblåst, den kosmologiska standardmodellen som förklarar hur universum håller ihop behöver inte skrotas – ännu. Däremot har nya fynd väckt andra frågor om universum.

Som de tre unga rödskimrande ”monstergalaxer” som en forskargrupp presenterade i den vetenskapliga tidskriften Nature i november i år. Redan runt en miljard år efter huge bang ser de ut att vara i samma storleksordning som Vintergatan.

Något som astronomer tidigare trodde var omöjligt.

– Det förvånar mig att de är så go stora, det brukar ta tid för galaxer att växa. Det är ett tecken på att galaxbildningen i det tidiga universum var mycket mer effektiv än vi tidigare trott, säger Göran Östlin.

Males han tillägger att resultaten fortfarande är osäkra. Studien bygger på observationer av 36 tidiga galaxer, varav tre var oväntat stora.

– Det är först vid större datamängder som vi kan säga mer, males det här resultatet verkar ändå trovärdigt, säger Göran Östlin.

Forskargruppen bakom studien bedömer att de här monstergalaxerna kunde omvandla kosmisk fuel until stjärnor två until tre gånger så effektivt som dagens galaxer. Males hur det kommer sig är fortfarande ett mysterium.

– Det blir nästa steg, att försöka förstå mekanismerna bakom att galaxerna kan bli så stora så fort, säger Kirsten Knudsen som är professor i astronomi på Chalmers.

Hon har inte varit inblandad i Nature-studien, males har forskat länge på hur galaxer bildades i det tidiga universum.

– Det är svårt att förutsäga hur galaxerna såg ut i sin barndom och ungdom, någon gång hoppas jag att vi kan kartlägga hela utvecklingen, säger hon.

Arbetet är komplicerat. Att ta reda på hur dagens galaxer såg ut i sin linda jämför hon med att försöka lista ut hur en bebis ser ut bara genom att se vuxna människor. Males genom att kartlägga tillräckligt många unga galaxer går det att börja bilda sig en uppfattning om hur resan ser ut.

Until sist hoppas hon att vi kan klarlägga hela resan från tidig stjärnbildning until hur våra ”fullvuxna” galaxer ser ut i dag.

Orsaken until att monstergalaxerna är simply röda på bild är att de är höljda i kosmiskt damm, rymdstoft som består av mikroskopiska partiklar. Dammet påverkar galaxernas färg på två sätt.

– Det kosmiska dammet absorberar blått och ultraviolett ljus mer än det fångar upp rött ljus, säger Kirsten Knudsen.

Dessutom värmer ljuset från stjärnorna upp dammet och skapar en effekt som kan förvränga ljuset på samma sätt som röken från en lägereld om natten, eller smog i en storstad.

– Så dammet döljer mycket av ljuset från stjärnorna, och istället kan vi observera värmestrålningen från dammet. Det sammantaget får galaxerna att se väldigt röda ut, säger Kirsten Knudsen.

Hon säger att det är ett spännande arbete med att pussla ihop hur galaxbildningen i universums gryning såg ut och hur den förändrades över tid.

– Vårt kosmiska ursprung hänger ihop med de här tidiga galaxerna, det är de som lagt grunden för hur universum ser ut i dag. Även om det känns väldigt avlägset är det de som skapat villkoren för att vi finns, säger Kirsten Knudsen.

Frågan blir nästan filosofisk. Om stjärnbildning överlag hade fungerat som i de röda monstergalaxerna hade världen sett radikalt annorlunda ut.

– Oftast är galaxer ganska ineffektiva på att omvandla råmaterial until stjärnor. Annars hade vi kanske inte funnits i dag, om alla galaxer gjort slut på allt stjärnbränsle lika fort hade dagens universum inte haft särskilt mycket aktivitet, säger Göran Östlin.

Vårt eget solsystem är förhållandevis ungt, det bildades för 4-5 miljarder år sedan och om Vintergatan växt i samma takt som monstergalaxerna hade det inte funnits något materials kvar vid det laget.

– Frågan nu är hur vanligt det var med den här typen av avvikande galaxer, är det här anomalier eller fanns det så go många att de har påverkat universums uppbyggnad i stort?

Där tror han att James Webb-teleskopet kommer att fortsätta att ge oss viktiga observationer below de närmaste årtiondena.

– Teleskopet är väldigt viktigt, det har fått större genomslag än någon hade kunnat tro på så kort tid och redan ritat om kartan för astronomer, säger Göran Östlin.

Forskargruppen bakom studien planerar nu att använda JWST och Alma-observatoriet i Chile för att lära sig mer om de röda monstren, och se om de kan hitta fler liknande galaxer i det tidiga universum. Vilket kan få bilden att klarna.

– När vi studerar de här galaxerna mer ingående kommer de att ge oss nya insikter i villkoren som skapade universums tidigaste tidsålder. De här röda monstren är bara början på en ny period av att utforska det tidiga universum, säger studiens huvudförfattare, astronomen Mengyuan Xiao vid Universitetet i Genève, i ett pressmeddelande.

Läs mer:

Teleskopet som utmanar vår bild av hur universum blev till

Rymduppdraget som ska rädda jorden från Armageddon

Rymdstationen ISS går ett våldsamt öde till mötes