Disse molekylene er såkalte polysykliske aromatiske hydrokarboner (ofte forkortet til PAH) — molekyler bygd opp av ringer av karbonatomer. Her på jorden dannes PAH-molekyler som resultat av forbrenningsprosesser, og disse molekylene finnes for eksempel i sot og sigarettrøyk. At de nye observasjonene påviser de samme molekylene i en galakse som er så fjern at vi ser tilbake til en tid da universet var 1,5 milliarder år gammelt, er en første demonstrasjon av hvordan James Webb-teleskopet (JWST) kan brukes til å undersøke de komplekse kjemiske prosessene som fulgte dannelsen av nye stjerner i det tidlige universet.
– Fordi lyset fra den fjerne galaksen har brukt 12,3 milliarder år på å nå oss, ser vi tilbake til en tid da universet hadde bare ca. 10% av sin nåværende alder, forteller forsker Håkon Dahle ved Institutt for teoretisk astrofysikk, Universitetet i Oslo, som er med i teamet bak den nye studien som har blitt publisert i tidsskriftet Nature denne uken.
Et "kosmisk forstørrelsesglass"
To ting gjør det mulig ikke bare å kunne registrere forekomst av PAH-molekyler fra denne tidlige epoken, men også kunne måle hvordan molekylene er fordelt innad i galaksen.
– For det første kan JWST gjøre slike målinger hundre ganger følsommere og med vesentlig bedre skarphet enn tidligere teleskoper, sier Dahle.
– For det andre er den fjerne galaksen forstørret opp av et “kosmisk forstørrelsesglass”: En annen galakse som tilfeldigvis befinner seg akkurat på synslinjen mellom oss og den fjerne galaksen har et tyngdefelt som bøyer av lyset fra den fjerneste galaksen og fokuserer det mot oss, forklarer han.
Dette er et eksempel på gravitasjonslinsing, og fordi de to galaksene er perfekt opplinjert langs vår synslinje ser vi den fjerne galaksen forstørret opp som en ring på himmelen, en såkalt Einstein-ring, fortsetter Dahle.
Forstørrelsen gjør at vi kan se detaljer inni galaksen som ellers ikke hadde vært synlige, selv med James Webb-teleskopet.
Galaksen ble oppdaget med et radioteleskop på sydpolen i 2013 og har tidligere blitt studert med Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), en gruppe radioteleskoper i Atacama-ørkenen i Chile. I denne galaksen foregår det dannelse av nye stjerner i høyt tempo — det dannes omtrent 350 ganger flere nye stjerner per år enn i vår egen galakse. Fordi denne galaksen også inneholder store mengder støv som blokkerer det synlige lyset fra de unge stjernene, har stjernedannelsen inni galaksen blitt målt indirekte av ALMA ved å måle radiostrålingen fra støv som blir varmet opp av den kraftige UV-strålingen fra de varme nydannede stjernene.
"Røyk uten ild" eller "ild uten røyk"
Før JWST observerte denne galaksen, ble forekomsten av PAH-molekyler også ansett som et brukbart mål på stjerndannelsesaktivitet. Følgelig forventet man at PAH-molekylene ville være mest konsentrert i de områdene i galaksen hvor det dannes mest stjerner. De nye resultatene viser at dette ikke er tilfelle.
– Den observerte fordelingen av PAH er annerledes enn fordelingen av varmt støv. Det viser seg at vi kan både se “røyk uten ild” (PAH-molekyler uten stjernedannelse) og ild uten røyk (stjernedannelse uten PAH-molekyler), presiserer Dahle.
Hva dette skyldes er uklart. Disse observasjonene er følsomme for de minste PAH-molekylene, som lettest blir ødelagt.
– Kanskje ser vi effekten av at PAH-molekylene som befinner seg i nærheten av unge stjerner brytes ned på grunn av kraftig UV-stråling fra stjernene, legger han til.
Flere observasjoner av PAH-molekyler i andre galakser på den samme avstanden, observasjoner som også er følsomme for PAH-molekyler med forskjellige størrelser kan kanskje gi oss svaret.
Les mer om:
James Webb Space Telescope er et felles prosjekt av ESA, NASA og CSA.
Norsk forsker blant de første som får ta bilder med James Webb-teleskopet