Guiana Space Centre, Fransk Guyana, 1. juledag 2021: Romteleskopet James Webb Space Telescope blir skutt opp med kurs for Lagrange-punktet L2, halvannen million kilometer fra jorden.
Langt der ute i rommet, der gravitasjonskreftene fra jorden og solen opphever hverandre, går teleskopet i bane rundt solen. Det er det største teleskopet som noen gang er plassert ut i rommet. Hundre ganger kraftigere enn Hubble og med en sensitivitet for infrarød stråling ingen andre teleskoper er i nærheten av.
Webb-teleskopet omtales som en tidsmaskin. Ved å fange opp bølger i det infrarøde spekteret kan teleskopet «se» 13,5 milliarder år tilbake i tid. Nesten helt tilbake til universets fødsel.
– Den første overraskelsen Webb-teleskopet ga oss, var at de fjerneste galaksene, altså de eldste, tilsynelatende var mye større enn de skulle være. Det var mer stjerner enn det var atomer nok til å lage, sier romforsker Håkon Dahle ved Institutt for teoretisk astrofysikk på Universitetet i Oslo (UiO).
Mindre, tettere og varmere
Han sier tilsynelatende, for etter hvert fant man en forklaring på fenomenet.
– Når man skal beregne hvor mye masse det er i stjerner, ser man på hvor mye lys som sendes ut, og så konverterer man det til masse. Da må man gjøre en antagelse om stjernepopulasjonene i galaksen. Det kan være mange små, lette stjerner, men lyset vil domineres av de som er store og tunge. Så om miksen er annerledes enn det man forutsetter, kan det være forklaringen. Da er massen mye mindre, sier Dahle.
Det er egentlig ikke så overraskende, ifølge romforskeren.
– Tilbake i den tiden var universet mye mindre og mye tettere og varmere enn i dag. Pluss at det inneholdt mindre grunnstoffer som var tyngre enn hydrogen og helium.
Alle andre grunnstoffer er bygd opp av hydrogen og helium gjennom fusjonsprosesser inne i stjerner.
.png){kind=logo}
.jpg)
– Så når man ser tilbake i tid, regner man med å finne færre av de tyngre grunnstoffene, sier Dahle.
Får atmosfæren blåst bort
Og nå kommer vi til overraskelse nummer to. Da teleskopet fanget opp lys fra galakser som eksisterte 280 millioner år etter Big Bang, kunne man se spor av både karbon og oksygen, grunnstoffer som er flere ganger tyngre enn hydrogen og helium.
– At det finnes så mye av disse grunnstoffene bare 280 millioner år etter Big Bang, er ganske overraskende. Vi ser også at mengdeforholdet er annerledes i disse unge galaksene enn det vi finner i galakser som har eksistert i milliarder av år. De inneholder mye mer nitrogen i forhold til oksygen enn det som er vanlig i dag.
Forklaringen kan ligge i en type stjerner kalt Wolf-Rayet-stjerner. Dette er ekstremt varme, massive og lyssterke stjerner i en sen fase av utviklingen, vanligvis rett før de ender som supernovaer.
– De kjennetegnes av en svært kraftig stjernevind som blåser bort de ytre, hydrogenrike lagene og avdekker en varm kjerne rik på helium, nitrogen og karbon. Når kappen av hydrogen forsvinner, slynges disse tyngre grunnstoffene ut i omgivelsene.
Mystiske prikker
En tredje overraskelse er oppdagelsen av små røde prikker i verdensrommet.
– Dette er en ny type objekter som vi ikke kjente til før. Vi ser dem i alle retninger. De er ikke av de eldste tingene, vi snakker om 500 millioner til én milliard år etter Big Bang. Hadde du spurt meg for et år siden, ville jeg sagt at dette kunne være galaksekjerner.
Alle galakser har et sort hull i kjernen, og når det faller gass inn mot det sorte hullet, begynner det å lyse.
– Vi trodde de røde prikkene var en variant av dette, der det var så mye støv at det så rødt ut. Men det er ikke hele historien. For om det var støv der som ble varmet opp, ville man forventet at det sendte ut infrarød stråling, altså varmestråling. Og i noen tilfeller fant man ikke det.
Når man så mer nøye på spekteret, så man i noen tilfeller noe som så ut som lys fra relativt kalde stjerner.
– Men det ligner ikke helt på det heller. Så forklaringen man heller til nå, er at man har et sort hull med gass rundt som er så varm og tett at den lukker seg rundt hullet. En slags «sort hull-stjerne».
– Kjempestore
Dette er ikke stjerner slik vi kjenner dem. En slik «sort hull-stjerne» kapslet inn i en gasskule kan være større enn hele vårt solsystem.
– De er kjempestore. Og inni disse kan det sorte hullet vokse ganske raskt. Det kan forklare noe som man har klødd seg i hodet over før Webb ble skutt opp, nemlig at man ser supermassive sorte hull ganske tidlig i universets historie, allerede en milliard år etter Big Bang. Disse objektene kan være en del av forklaringen, siden de kan vokse så fort, sier Dahle.
Men Webb-teleskopet brukes ikke bare til å forske på eldgamle galakser, fenomener milliarder av lysår unna og mystiske sorte hull-stjerner.
Leter etter liv
«Mulig beboelig planet oppdaget i nytt solsystem». «Astronomer har oppdaget mulig tegn til liv på fjern planet». Slike overskrifter har vi sett flere ganger i mediene de siste årene.
– Et av de store temaene for Webb-teleskopet er å utforske eksoplaneter, forteller forsker Vincent Kofman ved UiOs Senter for planetær beboelighet.
Det er 30 år siden Michel Mayor og Didier Queloz oppdaget eksoplaneten 51 Pegasi b, den første kjente planeten som gikk i bane rundt en «ekte» sol, altså en sol-lignende stjerne. Nå har man funnet nær 6000 slike planeter, men antagelig inneholder universet milliarder av dem.
– Store planeter som ligger nært stjernen sin, er de enkleste å studere. Og planeter som passerer rett foran stjernen, ettersom vi kan se skyggen deres når de passerer. Dermed er det en overvekt av slike store, stjernenære planeter som blir oppdaget, sier Kofman.
Finner planeter med skyer
Når en slik planet passerer forbi stjernen sin, vil noe av lyset fra stjernen absorberes av planetens atmosfære. Om den har en. Teleskopet måler lyset fra stjernen, både før planeten passerer og mens den passerer. Forskjellen i lysspekteret sier noe om hvilke stoffer som finnes i atmosfæren, ettersom det er disse som absorberer lyset.
– På denne måten har vi funnet ulike molekyler i atmosfærene til eksoplaneter. Vi har funnet vann, metan, karbondioksid og til og med hydrogensulfid. Vi finner også tegn på at noen planeter er dekket av skyer eller smog. Det er fascinerende, sier Kofman.
Men det er flere måter man kan betrakte planetene på.
– Om stjernen og planeten er passe langt fra hverandre, kan man studere det reflekterte lyset fra planeten. Om planeten er veldig varm, kan vi måle planetens eget lys. Den varmeste siden av planeten vil være den som er vendt mot stjernen, og man kan se at lyset fra planeten endrer seg etter hvert som den går rundt stjernen og vender den kalde siden mot oss.
Gjennom slike studier har forskerne oppdaget at planetene i andre solsystemer er ganske annerledes enn våre «egne» planeter, som jorda, Jupiter, Venus og Mars.
– Webb har lært oss mye om vår posisjon i universet. Vi trodde at solsystemet vårt var ganske typisk, men det er det sannsynligvis ikke, sier Kofman.
Stjernenes hemmeligheter
Oppdagelsen av gigantiske gassplaneter, mange ganger større enn Jupiter og veldig nær stjernen, gjør at lærebøkene må skrives om. Og i studier av mindre planeter, såkalte «mini-neptuner» ettersom de er mindre enn Neptun (men større enn jorden), finner man planeter med en atmosfære dominert av stoffer som er alt annen enn hydrogen og helium.
Ennå har ikke Webb-teleskopet gitt oss en planet vi med sikkerhet kan si at er beboelig, og ennå er det mye metodikk som må forbedres. Forskerne hadde for eksempel store forventninger til teleskopet og studier av de jordlignende planetene til Trappist 1-stjernen. Men observasjonene viser at stjernen ikke lyser jevnt og trutt, slik vår sol gjør. I stedet er den veldig aktiv og varierende. Det skaper støy – man kan ikke vite om variasjonen i lyset kommer av planeten eller stjernen.
– Vi trodde det ville være nok å se planetene passere mange ganger for å si hva som var støy og hva som var ekte signal, men så enkelt er det ikke. Det viser at vi må vite mer om forskjellige typer stjerner. Vi kjenner dem ikke godt nok. Og det er det som gjør vitenskap så gøy. Det er alltid overraskelser, sier Kofman.
Artikkelen ble først publisert på Titan.uio.no
Forsker: – EU glemmer av og til at de faktisk er en arktisk aktør
