Tidig galaxtrio skingrar den kosmiska dimman

Forskare har funnit den mest avlägsna galaxgruppen hittills, och det är inte det enda som är speciellt med galaxtrion EGS77. Galaxerna verkar vara viktiga spelare i ett av universums stora draman:  omvandligen som forskare kallar återjonisering.

James Rhoads, forskare vid NASA Goddard Space Flight Center och huvudutredare för Cosmic Deep And Wide Narrowband (Cosmic DAWN)-undersökningen, förklarade hur det ligger till under Amerikanska Astronomiska Sällskapets möte in Honolulu tidigt i januari:

– Vårt unga universum fylldes av väteatomer, vilket dämpar ultraviolett ljus och gör att vår sikt mot tidiga galaxer skyms. EGS77 är den första galaxgruppen som fångats i sitt arbete med att skingra denna kosmiska dimma.

Grunden för den kosmiska dimma som hållit avlägsna galaxer i det dolda lades i universums allra tidigaste skede – i en tid före atomer, då ett joniserat universum bestod av plasma av bland annat elektroner, protoner och atomkärnor. Universum expanderade, och efter nära 400 000 år av nedkylning kunde elektroner och protoner bilda de första atomerna. En överväldigande majoritet av dessa atomer var väteatomer, som miljontals år senare kunde bilda de första stjärnorna och galaxerna. Men vätgasen bidrog också till att dölja det tidiga universumet från nyfikna jordbor som så småningom skulle rikta sina teleskop mot stjärnhimlen. Väteatomer är nämligen mästare på att absorbera och emittera ultraviolett ljus i speciella våglängder. När de första stjärnorna bildades sände de ut en del ljus dessa våglängder, men när ljuset träffade väteatomerna absorberades det snabbt och spreds vidare ut i rymden i andra riktningar. På så sätt har avlägsna galaxer dolts bakom ett skyddande hölje av väte.

Hur löser då galaxtrion EGS77 det här problemet? Jo, UV-ljus från galaxer kan jonisera vätgasen och bilda bubblor där stjärnljuset kan passera fritt. I takt med att bubblorna runt galaxerna växte under universums utveckling kunde den kosmiska dimman skingras; en process man kallar återjonisation. Det är i denna fas man nu observerat EGS77. Det berättar en av forskarna, Vithal Tilvi från Arizona State University, i ett pressmeddelande:

– EGS77 har bildat en stor bubbla som gör det möjligt för dess ljus att nå jorden utan spridning till följd av interaktionen med väteatomerna. Med tiden växte sådana bubblor fram runt alla galaxer och fyllde den intergalaktiska rymden. Så återjoniserades universum och bubblorna banade väg för ljuset att röra sig genom kosmos.

Men att analysera ljus från avlägsna galaxer är inte lätt ens när ljuset når fram till jorden. På grund av universums expansion har de ultravioletta ljusvågorna från galaxtrion sträckts ut, och forskarna detekterar det i nära infraröda våglängder. Att observera galaxerna i synligt ljus är omöjligt, då det ljuset redan spridits bort av vätedimman. När forskarna letade efter objekt att observera valdes galaxer som var synliga i visuellt ljus bort direkt, eftersom de inte är tillräckligt avlägsna.

De enskilda galaxerna i gruppen EGS77 slår inte avståndsrekordet, men tillsammans utgör de den mest avlägsna galaxgruppen som hittills identifierats. Forskare har observerat strålning i de specifika våglängderna i det yttre ultravioletta området hos alla tre galaxer i EGS77. Att det rör sig om tre olika galaxer vet man bland annat eftersom de sänder ut strålningen i snarlika, men inte identiska, våglängder, vilket tyder på att de befinner sig på något olika avstånd från jorden. Vi ser galaxerna, som ligger lite närmare varandra än Vintergatan och vår granngalax Andromeda, såsom de såg ut blott 680 miljoner år efter universums uppkomst.

Framtida forskning kommer att lära oss mer om universums avlägsna galaxer. Även om forskarna förväntar sig att återjoniseringsbubblor från den här perioden i universums utveckling är sällsynta hyser de hopp om att flera kommande projekt ska kasta ljus över fenomenet – bland annat NASA:s Wide Field Infrared Survey Telescope och James Webb Space Telescope.

Forskningsresultaten presenteras i en artikel som publiceras i tidskriften Astrophysical Journal. Källa och mer information hittar du via NASA:s pressmeddelande. Där finns också animeringar och videoillustrationer av de fenomen som tagits upp i denna artikel.