Big bang runger fortsatt i universet. Skyer av gass og støv kollapser av sin egen tyngdekraft og blir til de brennende infernoene vi kaller stjerner. Rundt dem, i de små restene som blir til overs, oppstår planeter.
En stor sky av stjerner, planeter, gass og støv trekkes sammen av tyngdekraften i en gigantisk spiral. Mange mindre skyer slutter seg til gjennom milliarder av år, og til slutt dannes en bule i midten av spiralen. Melkeveien er født.
Slik kjenner vi historien om galaksens barndom, men nylig fikk forskerne et sjokk: Nye funn av kulehoper, som er eldgamle grupper av stjerner, avslører en overraskende historie – som er mye mer voldsom.
Mange galakser – med stjerner, planeter, gass og støv – har dundret sammen med vanvittige hastigheter, og de voldsomme reaksjonene skapte Melkeveien i omvendt rekkefølge av det vi har trodd: Bulen i midten kom først.
De nye funnene kan faktisk hjelpe astronomer med å kartlegge sannsynligheten for liv på planeter i andre solsystemer.
Én galakse blir til billioner
Sola er én stjerne av flere hundre milliarder, som sammen med gass og støv utgjør Melkeveien. Galaksen vår går i bane rundt andre galakser i såkalte galaksehoper, som igjen går i bane rundt hverandre i superhoper som er de største kjente strukturene i universet.
De siste beregningene viser at det i om lag ti millioner superhoper finnes to billioner galakser i det synlige universet, men vi skal ikke langt tilbake i historien før forskernes beste estimat var: én.
For omkring 100 år siden trodde astronomer at universet kun bestod av vår egen galakse, Melkeveien. Ekspertene mente at det i galaksen var stjerner og planeter samt støv og gass samlet i såkalte nebulaer.
I 1923 fant Edwin Hubble nebulaer utenfor Melkeveien. Dermed beviste han at det er flere galakser der ute.
Astronomene begynte umiddelbart å undersøke hvordan alle disse galaksene ble dannet, og hvorfor de ser så ulike ut. Siden 1923 har de forsøkt å løse mysteriet om galaksenes fødsel og utvikling ved å undersøke de aller eldste galaksene i universet.
Spiraler er universets villmenn
Spiralgalakser som Melkeveien danner flest nye stjerner og er mer ustabile enn andre galakser. Astronomer deler galaksene i tre typer etter en modell laget av Edwin Hubble.
Spiralgalakser
Spiralgalakser har mye gass og støv samlet i spiralarmene. Her kan nye stjerner dannes, og derfor er spiralgalakser veldig dynamiske.
Irregulære galakser
Disse galaksene har ikke noen fast form og går ofte i bane rundt større galakser. De inneholder langt færre stjerner enn andre typer.
Elliptiske galakser
Galakser med denne formen er de største astronomene kjenner til. I elliptiske galakser er mange av stjernene veldig gamle.
Lys viser galaksenes ungdom
Stort sett all astronomi går ut på å samle lys med teleskoper og analysere hvor det kommer fra. Eller rettere sagt: Hvor langt unna kilden er.
Lyset reiser med 299 792 458 m/s, men universet er så stort at lys fra fjerne galakser har brukt milliarder av år på å nå teleskopene våre. Jo lenger astronomene ser ut i universet, jo lenger tilbake i tid ser de.
Galakser viser fortiden
SPT0615-JD er en av de fjerneste galaksene som er funnet. Lyset fra denne galaksen ble sendt ut for 13,3 milliarder år siden, da universet var veldig ungt: 500 millioner år.
De eldste galaksene som er funnet, er dannet noen få hundre millioner år etter at universet ble til med et brak, big bang.
Universets første galakser var små, men mange av de galaksene som astronomer kan se i nabolaget vårt i dag, er mye større.
Derfor må galaksene ha vokst seg større over lange tidsperioder.
Fjerne galakser er røde - tette galakser er blå
Jo lenger unna galakser er, jo raskere beveger de seg vekk fra oss – fordi universet utvider seg. Lys fra fjerne galakser blir derfor «strukket» til lengre bølgelengder. Lange bølgelengder er røde, og dermed skifter lyset farge til rødt.
Lys fra galakser som nærmer seg, «presses» sammen til lavere bølgelengder og skifter farge til blått. Det kalles blåforskyvning. Et lignende fenomen får sirenen til en ambulanse til å virke lysere når den nærmer seg enn når den kjører vekk.
Galaksene finnes i flere ulike former. Melkeveien er for eksempel en spiralgalakse som danner nye stjerner hele tiden – i gjennomsnitt sju i året.
Stjerner blir til når skyer av gass og støv samler seg til tette kuler. Elliptiske galakser danner nesten ingen nye stjerner fordi de ikke inneholder like mye gass og støv.
Melkeveien har form som et speilegg, med en sentral bule (plommen) og en stor, flat skive rundt seg (hviten). Vår stjerne, sola, og hele solsystemet vårt befinner seg omtrent halvveis ute i en av spiralarmene.
I midten av galaksen er konsentrasjonen av stjerner mye større, og i sentrum ligger det et stort svart hull som kalles Sagittarius A*, som veier over fire millioner ganger så mye som sola.
Solsystemet vårt bruker om lag 250 millioner år på å ta en runde rundt det sentrale svarte hullet.
Forskerne har kartlagt alle disse kjennetegnene, men mangler fortsatt svar på hvordan Melkeveien har blitt slik.
Kollisjoner skaper kjennetegn
Sammenstøt mellom galakser ser i dag ut til å være en del av forklaringen på Melkeveiens form.
I begynnelsen av 2019 fant forskere ved prosjektet LOFAR (Low-Frequency Array) 300 000 fjerne galakser, og det var flere som holdt på å støte sammen og bli til større galakser.
Forskerne mener at Melkeveien har vokst seg større på samme måte.
250 millioner år tar det solsystemet å ta en hel runde rundt sentrum av Melkeveien.
Neste skritt for forskerne var å forsøke å fange inn radiobølger fra det fjerne universet, slik at de kunne undersøke om det allerede blant unge, små galakser var tegn på ulikheter.
Slike kjennetegn kunne innebære at de større galaksene, som blir dannet når de små støter sammen, også utvikler seg på helt områder måter.
Forskjeller blant de små, unge galakser ville på den måten gi oss en mulig forklaring på det ekstreme mangfoldet vi kan se med teleskopene våre i dag – og ikke minst et forslag til hvordan Melkeveiens liv har sett ut.
Andromeda nærmer seg raskt
I dag kan vi bare så vidt se Andromedagalaksen med det blotte øye, men om noen milliarder år har den kommet så tett på oss at den vil fylle en stor del av nattehimmelen.
Galakser støter sammen
Andromeda støter inn i Melkeveien. Gassene i de to galaksene kolliderer, noe som presser hydrogenet sammen. Derfor blir nye stjerner skapt.
Gassmøte danner stjerner
De to galaksenes tyngdekraft har trukket gasskyene enda tettere sammen, og stjernedannelsen er på topp. Nye stjerner lyser blått – i motsetning til de gamle, som er røde.
Galakser slynges om hverandre
Galaksenes momentum får dem til å fly videre forbi hverandre, før tyngdekraften samler dem. Manøveren drar og vrir galaksenes former.
Galaksene samles
Galaksene har nå brukt opp det meste av gassen til å danne stjerner. De store bevegelsene er bremset. Stjerner og planeter samler seg langsomt.
«Melkomeda» dør
Materialet fra galaksene er samlet til én stor galakse, som har fått navnet «Melkomeda». Det blir ikke dannet flere stjerner. Derfor er galaksen død i astronomisk forstand.
Metallinnhold avslører alder
Mysteriet om Melkeveien kan ikke løses bare ved å studere de små galaksene. Her kan forskerne «bare» finne fram til at Melkeveien sannsynligvis har blitt til gjennom galaksekollisjoner, men kan ikke utdype det nærmere.
Hvis astronomien skal fortelle hele historien om Melkeveien – hvor mange sammenstøt som har skapt den, når de har skjedd, og hvordan de har skjedd – må forskerne ta for seg hvor gamle de ulike delene av galaksen vår er.
Når astronomer skal bestemme galaksealder, ser de på når ulike stjerner er dannet. Det kan forskerne se på fordelingen av grunnstoffer i stjernene.
Stjerner består hovedsakelig av hydrogen og helium, men gjennom et langt stjerneliv dannes det tyngre grunnstoffer, metaller, kjernen. Når stjernene dør, spres disse tunge grunnstoffene ut i verdensrommet og blir en del av nye stjerner.
De aller første stjernene hadde ingen tunge grunnstoffer i sine ytterste lag, men den neste generasjonen av stjerner hadde litt metall i sine ytterste lag, og disse kalles metallfattige stjerner.
Senere har det kommet flere og flere tunge grunnstoffer til, og de nyeste stjernene kalles metallrike stjerner – for eksempel kategoriseres sola som en metallrik stjerne.
Er det mange metallfattige stjerner, er det altså tegn på en eldre del av en galakse enn hvis det er mange metallrike stjerner.
Stjernehoper er levende fossiler
Mange av de metallfattige stjernene vi kjenner, finnes i såkalte kulehoper. Hopene er klumper av stjerner som holdes sammen av tyngdekraften og følges av gjennom hele livet.
Fordi de metallfattige stjernene er veldig gamle, mener astronomer at kulehopenes stjernesamlinger er noen av universets eldste «byggverk».
Den tette forbindelsen mellom stjernene i kulehoper har vært en gullgruve for galakseforskningen. Stjernene i hopene er dannet samtidig, men har ulike masser.
Dermed har forskerne kunnet kartlegge hvordan stjerners utvikling henger sammen med størrelsen.
Superteleskop skal finne de eldste galaksene i universet
Med et nytt kjempeteleskop kan vi se mye fjernere galakser enn i dag. Siden lyset har vært underveis så lenge, vil vi kunne se galakser enda tidligere i livet. Dermed kan vi komme til å se universets eldste galakser.
Teleskopet ved navn ELT kan se lenger ut i universet fordi det har en diameter på hele 39 meter, så det kan fange opp mye svakere lys enn det som er mulig i dag.
Det kan også oppnå en veldig høy oppløsning på bilder. Forskere planlegger å gjennomføre de første observasjonene med teleskopet i 2025.
Små stjerner lyser rødlig og ikke så kraftig, mens store stjerner lyser voldsomt og er blålige.
Små, røde stjerner lever lengst, kanskje billioner av år. Universet er ikke gammelt nok til at en liten, rød stjerne er død enda. Røde kulehoper betyr altså gamle kulehoper, siden de blå stjernene døde for milliarder av år siden.
Når astronomer finner kulehoper med røde stjerner, har de støtt på de eldste delene av en galakse og kan avgjøre om for eksempel bulen i midten eller skiven rundt bulen ble dannet først. Derfor beskriver forskere kulehoper som universets levende fossiler fra galaksedannelse.
Melkeveien inneholder mer enn 150 kjente kulehoper. Astronomene vet at en del av Melkeveien ble dannet da gass og støv falt sammen under påvirkningen av tyngdekraften – en gang etter big bang.
De 150 kulehopene roterer imidlertid ikke like raskt rundt sentrum av galaksen, og noen roterer i en litt annen vinkel. De hopene som følger skiven, er dannet tidlig, sammen den opprinnelige Melkeveien. Men de som ikke følger med skiven, har kommet til senere.
Spørsmålet er nå hvilke deler av galaksen som ble dannet først.
Kulehopen M80 befinner seg mellom solsystemet vårt og Melkeveiens sentrum. M80 er en av de mest stjernetette kulehopene vi kjenner.
Stjernegrupper avslører kaos eller ro i galaksenes fortid
Kulehoper er grupper av stjerner som ligger så tett sammen at tyngdekraften holder dem sammen. De følger hverandre gjennom hele levetiden, og derfor tror forskere at de er noen av universets eldste stjernegrupper.
Det er om lag 150 kjente kulehoper i Melkeveien, mens nabogalaksen vår, Andromeda, har 500 kjente kulehoper. Det største antallet kulehoper er funnet i spiralgalaksen M87 – hele 10 000.
Kulehopenes bevegelser kan brukes av astronomer til å regne ut størrelsen på en galakse den gangen kulehopene begynte å kretse rundt.
Jo mindre en galakse har vært, jo mer har kulehoper kunnet påvirke den. Kulehopers retning og hastighet avslører også om det har vært kollisjoner i en galakses fortid.
Hvis den har hatt et voldsomt liv med mange kollisjoner, vil kulehopene bevege seg kaotisk, men hvis galaksen har hatt en roligere utvikling, er det mer sannsynlig at kulehopene følger bevegelsene til resten av galaksen.
Hoper viser at bulen kom først
Da astronomen Denilso Camargo nylig offentliggjorde bilder av fem nyoppdagede kulehoper, spisset verdens astronomer ørene.
Alle fem lå tett på bulen i sentrum av Melkeveien. Kulehopene er 12,5–13,5 milliarder år gamle, noe som betyr at alle stjernene er metallfattige.
Resultatene er overraskende, for vanligvis befinner denne typen kulehoper seg mye lenger unna fra Melkeveiens sentrum.
Metallfattige kulehoper i midten av Melkeveien tyder på at den sentrale bulen ble dannet først, ikke spiralarmene. Bulen minner om en liten, elliptisk galakse, så forskere undersøker nå om Melkeveien begynte livet med en annen form.
Det neste spørsmålet er hvordan den elliptiske galaksen ble født.
De nyoppdagede kulehopenes bevegelser tyder på at mange galakser har kollidert og dannet «Babymelkeveien», som senere har fått spiralarmer og har blitt den galaksen vi kjenner.
Teorien står i motsetning til det astronomene har trodd så langt: at Melkeveiens ytre er en sammensmeltning av små galakser, og at bulen først har kommet til senere.
De fem nye kulehopene tyder altså på en mer kaotisk fortid for Melkeveien enn tidligere observasjoner hadde indikert.
Eldgammelt liv
Galaksenes utvikling er ikke bare et spørsmål om hvordan stjerner dannes og hvordan store strukturer oppstår. Selve livets betingelser er involvert. Når det dannes nye stjerner, dannes det nemlig også nye planeter.
De nye funnene av kulehoper viser at stjernedannelse har vært langt vanligere for mange milliarder år siden. Derfor kan forskerne anta at det også ble dannet flere planeter i denne tidlige perioden.
Flere planeter betyr også flere sjanser for jordlignende planeter. Hvis liv oppstår så snart en planet har riktig temperatur, vil mesteparten av livet utenfor jorda (hvis det eksisterer) altså være dannet milliarder av år før jorda ble til.
Dykk ned i astronomenes forskning på galakser
LOFAR er et enormt antennesystem som forskere bruker til å analyserer radiobølger fra verdensrommet. Les mer om prosjektet her: http://www.lofar.org/.