Varde ljus!

Hur gick det till när vårt universum övergick från att vara en mörk plats enbart uppbyggt av de enkla grundämnen som bildats efter big bang, till att fyllas av de första, starkt lysande stjärnorna?

Hittills har man inte kunnat se så långt bak i universums historia, men man har med hjälp av teori och simuleringar skapat sig en bild över hur det kan ha sett ut när gas drog sig samman tills temperaturen och trycket blev tillräckligt högt för att materian skulle kunna tändas i de allra första stjärnorna. Detta tros ha hänt inuti väldigt tunga halos av mörk materia som med sin gravitation underlättade för den ordinära materian att dra sig samman. Det som gör dessa första stjärnor så unika är att de enbart består av de beståndsdelar som fanns att tillgå efter big bang; det vill säga väte, helium och små spår av litium. Tyngre grundämnen bildas när mycket tunga stjärnor genomgår en supernova, något som dessa första stjärnor kunde bidra med först när de brunnit ut. Denna sammansättning gjorde att de allra första stjärnorna var tyngre och mer massiva än de som vi observerar idag. Detta beror på att när gas drar ihop sig måste den kylas för att det termiska trycket som ökar vid kontraktion inte ska bli för stort och motverka gasens kollaps till en stjärna. Kylning sker genom att molekyler och atomer absorberar energi genom kollisioner och sedan avger denna energi genom att stråla iväg ljus. Denna process är mer effektiv för tyngre grundämnen jämfört med väte och helium, så kylning av ett icke förorenat gasmoln i universums ungdom kyls långsammare än de vi ser idag. Detta gör att temperatur och tryck ges tid att jämnas ut genom gasmolnet, något som förhindrar att molnet fragmenteras i alltför stor grad och då istället bildar mindre stjärnor.  

De första stjärnorna var alltså väldigt tunga, något som kan översättas till kortare livstider då de tyngre stjärnorna, lite kontraintuitivt, snabbare använder upp sitt bränsle. Att vi ska kunna observera dessa första stjärnor en och en har hittills inte varit möjligt, då vi måste blicka väldigt långt bak i tiden, för långt bak för att ljuset från en isolerad stjärna skulle vara tillräckligt för att det ska nå våra nuvarande teleskop. Istället riktas blicken mot samlingar av dessa första stjärnor, mot galaxer bestående av denna oförorenade generation av stjärnor. Här används modeller över hur dessa galaxer kan ha sett ut för att försöka beräkna hur starkt de lyst och om detta ljus är tillräckligt för att nå detektorerna hos de kraftfulla teleskop som idag står i startgroparna, snart redo att inleda sina observationer.

Det finns även en joker med i leken som kan underlätta jakten på ljuset från universums vagga, nämligen gravitationslinserna; universums egna förstoringsglas. När ljus passerar väldigt tunga objekt i rymden, påverkas det och under rätt förutsättningar kan resultatet bli att vi mottar en ökad ljusmängd från den avlägsna källan. Denna process kan göra att ljus som egentligen ligger under gränsen för detektion hos teleskopen får en knuff in i den observerbara regimen. Förutsatt att den nuvarande bilden över universums historia och de fysikaliska processer som format den inte är för långt från sanningen finns det goda chanser att kunna detektera dessa galaxer med teleskop som James Webb. Om detta lyckas kommer vi alltså se ljus som färdats genom rymden i över tretton miljarder år.  Läs mer här.