Dette bildet er tatt med ESOs spektrografinstrument, MUSE. De blå feltene viser stråling fra svære hydrogenskyer. (Foto: ESA/Hubble & NASA, ESO/ Lutz Wisotzki et al.)
Universet gløder av skyer med hydrogen
Forskere har oppdaget at de enorme tomrommene rundt galakser lyses opp av stråling fra hydrogenskyer.
Det europeiske sørobservatoriet (ESO) sitt Very Large Telescope i Chile har kikket dypt inn i universet. Ved hjelp av spektrografen MUSE har en internasjonal forskergruppe fra 10 institusjoner oppdaget at universet gløder av stråling fra fjerne hydrogenskyer.
ESOs Very Large Telescope i Chile. (Foto: H.H.Heyer/ESO).
Astronomer er vant med at universet ser annerledes ut i forskjellige bølgelengder. Det var likevel en øyneåpner å oppdage de enorme feltene med det som kalles Lyman-alfastråling. Midt i det mørke ingenting skjuler det seg altså et vakkert syn.
- Dette er en stor oppdagelse! Sier medlem av ESO-teamet Themiya Nanayakkara, i en pressemelding fra ESO.
- Neste gang du ser opp på en måneløs himmel med stjerner, se for deg at gløden av hydrogen, universets første byggekloss, opplyser hele nattehimmelen.
Langt, langt borte
Kanskje har du sett bildet Hubble Ultra Deep Field (se under). Det spektakulære bildet som ble publisert i 2004 ga oss et glimt inn i fjerntliggende galakser, og dermed, en fjerntliggende fortid.
Bildet viser en bitteliten flik av verdensrommet men inneholder noe slikt som 10 000 galakser, de eldste rundt 13 milliarder år gamle. Altså kunne astronomene se dypere inn i verdensrommet enn noen gang før, tilbake til den tiden da universet bare var mellom 400 – 800 år millioner år gammelt.
Hubble Ultra Deep Field lar oss kikke dypt langt inn i verdensrommet. Hver lysende prikk på bildet er en galakse som i sin tur består av et ufattelig antall stjerner og planeter. (Foto: NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) and the HUDF Team).
Nå har en internasjonal forskergruppe brukt spektrografen MUSE til å se på en mindre del av det samme området: et tilsynelatende tom flik av nattehimmelen i stjernebildet Fornax. MUSE kan oppfatte lys i flere slags bølgelengder, flere enn det Hubble-teleskopet klarer.
Forskerne oppdaget at galaksene er omsluttet av en «kokong» med hydrogengass. Gassene viser seg som glødende blå skyer på himmelen fordi de sender det ut det som kalles Lyman-alfastråling. Siden hele feltet som ble studert var fullt av denne typen stråling, så regner forskerne med at det finnes overalt i universet.
Resultatene er nå publisert i tidsskriftet Nature. Nordmannen Jarle Brinchmann har deltatt i prosjektet, han var også en av dem som utviklet MUSE instrumentet.
Bølgelengdene har strukket seg
Håkon Dahle er forsker ved Institutt for teoretisk astrofysikk, UiO. Han synes funnet er interessant. For første gang romforskerne se hvordan hydrogengass fordeler seg rundt galakser.
- Alle disse blå, skinnende klumpene vi ser på bildet er sentrert over en kjent galakse.
Dahle minner om at det vi ser er ekstremt langt unna, og dermed ser vi også langt tilbake i tid.
– Finnes disse hydrogenskyene der fortsatt?
- Det er et interessant spørsmål. Vi kan ikke observere noe tilsvarende i dag, rett og slett fordi vi ikke har de riktige instrumentene. Men vi ser tilbake til en tid da det nok var mer nøytralt hydrogen i universet enn det det er nå.
Forskerne rettet oppmerksomheten mot omtrent 270 fjerne galakser, og kunne se hvordan de omringes av hydrogenskyer. (Foto: ESA/Hubble & NASA, ESO/ Lutz Wisotzki et al.)
Grunnen til at MUSE instrumentet klarer å fange opp strålingen fra hydrogenskyene er fordi bølgelengden er blitt strukket. De opprinnelig korte bølgelengdene har altså blitt lengre, og det gjør at strålingen kan observeres som lys. Dette kalles rødforskyvning og kommer av at universet har utvidet seg mens strålingen har tilbakelagt den ekstremt lange reisen mot oss.
- Den samme strålingen fra mer lokale galakser ville blitt mottatt som ultrafiolett stråling. Da blir den blokkert av jordens atmosfære, som beskytter oss mot dette. Og det er jo er en god ting.
Spretter rundt på hydrogenatomene
Strålingen som sendes ut fra hydrogenskyene kalles Lyman- alfastråling.
- Dette er en bølgelengde som man er veldig interessert i når man skal studere de fjerneste galaksene. Alt synlig lys vil være forskjøvet til det infrarøde spekteret. Men lyman- alfa er en bølgelengde som er lettere å for oss å oppdage, sier Dahle.
For de som er interessert i detaljene så er Lyman- alfastråling UV-stråling som oppstår i nøytrale hydrogenatomer i forbindelse med energioverganger. Nærmere bestemt når et elektron går fra det laveste energinivået til det nest laveste energinivået, forteller Dahle.
Sannsynligvis har strålingen oppstått under dannelse av nye stjerner. Deretter har den blitt sendt ut og truffet hydrogengassene utenfor galaksen.
- Hydrogengassen vil motta strålingen og sende den ut igjen i løpet av en liten brøkdel av et sekund. Istedenfor at strålingen forsvinner så får den en spredningseffekt. De lysende skyene er et resultat av at strålingen har sprettet rundt mange ganger på hydrogenatomer før den har unnslippet og blitt sendt av gårde mot oss.
MUSE-spektrografen gjør det mulig å lære mer om hvordan galakser har utviklet seg gjennom universitets historie.
- MUSE er et banebrytende instrument når det gjelder å måle veldig svakt lys, og den vil nok bli brukt til mye forskjellig fremover.
Referanse: L. Wisotzk m. fl: "Nearly all the sky is covered by Lyman-α emission around high-redshift galaxies". Nature. 1. oktober 2018. Sammendrag.
