Snabb stjärnbildning skedde kort efter BigBang

 

NASAs James Webb Space Telescope ger nya kunskaper i frågan av; Hur de första stjärnorna och galaxerna bildades.

 Ett av de största programmen under Webbs första år är JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) som kommer att ägna cirka 32 dagars teleskoptid åt att söka efter och karakterisera svaglysande, avlägsna galaxer.

 Redan nu har data kommit in till JADES om upptäckt av hundratals galaxer som fanns när universum var mindre än 600 miljoner år gammalt. Teamet har också identifierat galaxer som glittrar av en mängd unga, heta stjärnor.

 I projektet JADES vill man svara på många frågor, som: Hur samlades de tidigaste galaxerna? Hur snabbt bildades stjärnor efter BigBang? Varför slutade det bildas i en del galaxer? skriver Marcia Rieke vid University of Arizona i Tucson, medledare i JADES-programmet i en ny studie. 

Ryan Endsley vid University of Texas i Austin ledde  en undersökninge om galaxer som existerade 500 till 850 miljoner år efter bigbang. En tid känd som återjoniseringens epok. 

I hundratals miljoner år efter big bang var universum fyllt med en gasdimma som gjorde universum ogenomskinligt. Efter en miljard år efter bigbang hade dimman lättat och universum blev transparent (synligt) , en process som kallas återjoniseringen. Forskare har debatterat om aktiva, supermassiva svarta hål eller galaxer fulla av heta, unga stjärnor var den främsta orsaken till återjoniseringen.

Som en del av JADES-programmet studerade Endsley och hans kollegor dessa galaxer för att leta efter tecken på stjärnbildning och fann då stjärnor i överflöd. Nästan varenda galax som vi hittat visar dessa ovanligt starka emissionslinjesignaturer som indikerar intensiv stjärnbildning beskriver Endsley. 

En emissionslinje är en ljus linje i ett spektrum av ljus från någon ljuskälla. Linjerna uppkommer genom att varje ämne i ljuskällan avger ljus i en viss  specifik våglängd när elektronerna i ämnets atomer övergår från ett högre energitillstånd till ett lägre. I de tidigaste galaxerna skapades mängder av heta, massiva stjärnor, skriver Endsley.

Dessa ljusa, massiva stjärnor pumpade ut strömmar av ultraviolett ljus, som förvandlade omgivande gas från ogenomskinlighet till transparent genom att jonisera atomerna och ta bort elektroner från deras kärnor. Eftersom dessa tidiga galaxer hade en så stor population av heta, massiva stjärnor, kan de ha varit den främsta drivkraften för återjoniseringsprocessen. Den senare återföreningen av elektronerna och kärnorna producerar de distinkt starka emissionslinjerna.

Endsley och hans kollegor fann även bevis på att dessa unga galaxer genomgick perioder av snabb stjärnbildning varvat med lugna perioder då färre stjärnor bildades. Dessa stopp och snabbheter kan bero på när galaxer fångade klumpar av gasformigt råmaterial för att bilda stjärnor. Alternativt, eftersom massiva stjärnor snabbt exploderar (finns en kort tid) kan de ha injicerat energi i den omgivande miljön med jämna mellanrum då de dött ut vilket hindrar gas från att kondensera och bilda nya stjärnor.

Ett annat element i JADES-programmet innebär sökandet efter de tidigaste galaxerna som fanns när universum var mindre än 400 miljoner år gammalt. Genom att studera dessa galaxer kan astronomer undersöka hur stjärnbildning under de första åren efter big bang skilde sig från vad som ses i nuvarande tid.

Ljuset från avlägsna galaxer sträcks ut till längre våglängder och rödare färger genom universums expansion så kallad rödförskjutning. 

Genom att mäta en galax rödförskjutning kan astronomer räkna ut  hur långt bort ljuskällan är och därmed när den existerade i det tidiga universum. Före Webb observerades bara några dussin galaxer över en rödförskjutning på 8, innebärande när universum var yngre än 650 miljoner år gammalt. I JADES-projektet har nu upptäckts nästan tusen av dessa avlägsna galaxer.

Tidigare såg de tidigaste galaxerna vi kunde se bara ut som små ljusfläckar. Likväl representerar dessa ljusfläckar miljoner eller till och med miljarder stjärnor i universums första tid, skriver Hainline. Nu kan vi se (tack vare webbteleskopet) att en del av dessa har en synlig struktur. Vi kan se grupperingar av stjärnor komma till bara några hundra miljoner år efter tidens begynnelse.

Vi finner att stjärnbildning i det tidiga universum var mycket  vanligare än vi trodde, tillade Rieke.

Alternativt mer vanligt än vi uppfattar och anser världen borde vara eller varit. Enligt universums tillkommelse är det kanske istället helt naturligt och enkelt att  galaxer skedde så snabbt efter BigBang.

Studien lades fram vid det 242: e mötet i American Astronomical Society i Albuquerque, New Mexico.

Bild vikipedia på en emissionslinje är en ljus linje i ett spektrum av ljus från någon ljuskälla. Linjerna uppkommer genom att varje ämne i ljuskällan avger ljus med vissa specifika våglängder när elektronerna i ämnets atomer övergår från ett högre energitillstånd till ett lägre.