De första generationerna av stjärnor som bildades i universum kom till under förhållanden som skiljer sig avsevärt från allt vi kan se på närmare håll i rymden idag. Astronomer studerar dessa skillnader med hjälp av kraftfulla teleskop, som kan upptäcka galaxer så långt borta att deras ljus har färdats mot oss i flera miljarder år.
Nu har ett internationellt forskarlag, lett av astronomen Tom Bakx på Chalmers, kunnat mäta temperaturen i en av de mest avlägsna kända stjärnfabrikerna. Galaxen, känd som Y1, ligger så långt bort att dess ljus har tagit över 13 miljarder år att nå oss.
Samarbete med kemister
– Vi ser tillbaka på en tid då universum skapade stjärnor mycket snabbare än i dag. Tidigare observationer av den här galaxen avslöjade att den innehåller stoft och damm, vilket gör den till den mest avlägsna galax där vi kunnat upptäcka ljus från stoft. Detta fick oss att misstänka att den kanske driver en annorlunda, överhettad typ av stjärnfabrik. För att kunna vara säkra ville vi mäta dess temperatur, säger Tom Bakx.
Stjärnor som vår sol föds i enorma, täta gasmoln i rymden. Orionnebulosan är ett välkänt exempel på en sådan stjärnfabrik. Dessa lyser starkt på natthimlen tack vare de yngsta och tyngsta stjärnorna, som lyser upp moln av gas, stoft och damm i många olika färger.
Vid våglängder som är längre än det mänskliga ögat kan uppfatta, lyser stjärnfabriker också starkt, men då tack vare ett enormt antal små kosmiska stoftkorn, uppvärmda av stjärnljus.
– Den här forskningen ingår i ett samarbete mellan astronomer på Chalmers och fysikalkemister i min forskargrupp på Göteborgs Universitet. I det här samarbetet studerar forskarna på en molekylär nivå, inte bara hur de lysande stoftkornen bildas, växer till sig, överlever och förstörs i de tuffa miljöerna i yttre rymden utan även hur stoftkornen katalyserar kemiska reaktioner och på så vis fungerar som rymdens kemiska fabriker, säger Gunnar Nyman, professor i fysikalisk kemi vid Göteborgs universitet.
En extrem stjärnfabrik
För att kunna undersöka galaxens temperatur utnyttjade forskarna teleskopet Almas känslighet. Alma är ett av världens största radioteleskop, beläget på en mycket torr bergsplatå i norra Chile. Forskarna kunde avbilda galaxen i precis rätt färg, vid en våglängd på 0,44 millimeter med hjälp av Alma-teleskopets avancerade Band 9-mottagare.
– Vid den här våglängden lyses galaxen upp av många böljande moln av lysande stoftkorn. När vi såg hur starkt den här galaxen lyser, jämfört med andra våglängder, visste vi med en gång att vi tittade på något speciellt, säger Tom Bakx.
Mätningarna visade att galaxens stoftmoln glöder med en temperatur på 90 Kelvin, eller minus 180 grader Celsius.
– Jämfört med dammet i våra hem är det helt klart kallt, men ändå mycket varmare än i någon annan jämförbar galax som vi har sett. Temperaturen bekräftar att det verkligen är en extrem stjärnfabrik. Det är första gången vi har sett en galax som denna, men vi tror att det kan finnas många fler där ute. Stjärnfabriker som Y1 kan ha varit vanliga i det tidiga universum, säger Yoichi Tamura, astronom vid Nagoya-universitetet i Japan.
Galaxen Y1 tillverkar stjärnor i en extrem och ohållbar takt som motsvarar 180 gånger solens massa varje år. I vår galax, Vintergatan, skapas i snitt bara ungefär en ny stjärna med solens massa per år. I det unga universum, där vi ser galaxen Y1, tror forskarna att sådana korta utbrott av stjärnbildning kan ha varit vanliga.
– Vi vet inte hur vanliga sådana faser kan vara i det tidiga universum. Framöver vill vi leta efter fler exempel på stjärnfabriker som den här. Vi planerar också att använda Almas förmåga till högupplösta mätningar för att titta närmare på hur just den här galaxen fungerar, säger Tom Bakx.
Kan lösa annat kosmiskt mysterium
Bakx forskarlag tror att galaxen Y1 kan bidra till att lösa ett annat kosmiskt mysterium. Tidigare studier har visat att galaxer i det tidiga universum verkar innehålla mycket mer stoft än vad deras stjärnor kan ha tillverkat under den korta tid de har lyst.
Astronomer har förbryllats över detta, men nu pekar Y1:s ovanliga temperatur på en lösning. Forskaren Laura Sommovigo, astrofysiker vid Flatiron Institute och Columbia University i USA, förklarar:
– Galaxer i det tidiga universum verkar vara för unga utifrån den mängd stoft och damm som de innehåller. Det märkliga är att de inte innehåller tillräckligt många gamla stjärnor, runt vilka de flesta stoftkorn bildas. Men en liten mängd varmt stoft kan lysa lika starkt som stora mängder kallt stoft, och det är precis vad vi ser i Y1. Dessa galaxer är fortfarande unga och innehåller ännu inte så mycket tunga grundämnen eller stoft, men de mindre mängder som ändå finns är både varma och ljusstarka.
Kontakt: Gunnar Nyman, professor i fysikalisk kemi, på Insitutionen för Kemi och molekylärbiologi vid Göteborgs universitet, telefon: 076-622 90 35, e-post: gunnar.nyman@gu.se
Tom Bakx, astronom, Chalmers tekniska högskola, telefon: 079-304 56 68, e-post: tom.bakx@chalmers.se
