Sein fødsel for de første stjernene

De første stjernene ble i følge nye strålingskart dannet i universets ungdomsår, mye seinere enn tidligere antatt. 

– Det vi ser nå er liksom konfirmasjonsbildet av universet.

– Det viser at de første stjernene i universet ble dannet mye seinere enn man tidligere har trodd, sier professor Hans Kristian Kamfjord Eriksen.

De første stjernene, her illustrert som lyse prikker  på gul bakgrunn, ble dannet i universets ungdomsår. 
Illustrasjon: ESA – C. Carreau 

Ved å studere ”fossilt lys” fra universets ungdomsår, har en gruppe forskere nå endret vår forståelse av den tidlige utviklingen av universet. 

Blant dem finner vi Eriksen og forsker Ingunn Kathrine Wehus fra Institutt for teoretisk astrofysikk.

Universets barneår

Først må vi litt tilbake i tid. Ca. 13.8 milliarder år. Universet er et par sekunder gammelt.

Det som i dag er uendelig mengder stjerner og galakser, er på denne tiden en ganske unnselig ursuppe bestående av elektroner, protoner, nøytroner og fotoner.

Ca. 380 000 år etter Big Bang, altså fortsatt i universets barneår, begynte elektroner og protoner å slå seg sammen til hydrogenatomer, en fase vi kaller rekombinasjon.

Disse sammenslåingene kan i dag registreres av teleskoper, og er det vi kjenner som kosmisk bakgrunnsstråling eller CMB.

Ungdomssopprør

Mens universet stadig utvidet seg og ble avkjølt, kunne materie gradvis danne større strukturer lik dem vi kjenner i dag, som for eksempel stjerner.

Samtidig som stjernene gjorde omgivelsene lysere, førte den kraftige ultraviolette strålingen deres til at hydrogen-atomer ble splittet tilbake til sin utgangsform, elektroner og protoner.

Denne litt opprørske prosessen, hvor mesteparten av universets materie ble ionisert av stjernene, er det vi kaller reioniserings-epoken.

Denne prosessen er en av de sentrale fasene i universets utvikling, og er derfor noe forskerne higer etter å datere. 

– For kosmologer er dannelsen av strukturer som stjerner et av hovedmålene, og reioniseringsepoken er derfor et av de heteste temaene innen fagfeltet, forklarer Eriksen.

– Man er ganske enige om at den var ferdig ca. 900 millioner år etter Big Bang. Men når den begynte, har man vært uenig om.

Artikkelen fortsetter etter illiustrasjonen

Kunstnerisk fremstilling av universets tidlige utvikling; fra den kosmiske bakgrunsstrålingen oppsto, via de første stjernedannelsene, til slutten av re-ioniseringsperioden. 
Illustrasjon: ESA – C. Carreau 

Kartlegger universets ungdomsår

For å få en pekepinn på når reioniserings-epoken startet, har forskerteamet benyttet såkalte polariseringskart. En del av bakgrunnsstrålingen fra reioniserings-epoken er nemlig polarisert, det vil si at den vibrerer i én bestemt retning.  

Polariseringen oppstår idet lyspartikler dulter borti elektroner. Etter at stjerner oppsto og reioniserte materie, ble elektroner frigjort og slike kollisjoner hyppigere.

Når polariserings-signaler plukkes opp i dag, flere milliarder år senere, kan de dermed si noe om når stjernene oppsto.

– Kartene vi har lagd av polarisert bakgrunnsstråling er de reneste noensinne, og stammer fra det sensitive høyfrekvens-instrumentet av Planck-satellitten, forteller Wehus.

Artikkelen fortsetter etter illiustrasjonen

Visualisering av polariseringen av den kosmiske bakgrunnsstrålingen (CMB), som er plukket opp av ESAs Planck-satelllitt.
Illustrasjon: ESA og Planck Collaboration

Stjerner hovedkilden til ionisering

Ifølge de nye resultatene var halvparten av reioniserings-epoken over omtrent 700 millioner år etter Bigbang, mye seinere enn tidligere estimater, som tilsa mellom 100-550 millioner år.

Det forskyver dermed også de første stjernefødslene fremover i tid.

Planck-satellitten

  • ESA-satellitt
  • I operasjon fra 2009-2013
  • Hovedformål å registrere kosmisk bakgrunnsstråling

Kilde: Wikipedia

Problemet med de tidlige estimatene, var at de innebar at reioniseringen må ha vært forårsaket også av andre objekter enn stjerner. Den nye dateringen viser imidlertid at stjernene alene kan ha stått for reioniseringen av universet.

En annen forlokkende følge av den nye timingen, er at de første generasjoner med galakser sannsynligvis ligger innenfor målbar rekkevidde for fremtidens astronomiske instrumenter. Kanskje til og med dagens, hevder forskerne bak studien. 

Resultatene ble nylig publisert i Astronomy & Astrophysics:

Planck Collaboration (2016) Planck intermediate results. XLVII. Planck constraints on reionization history' and 'Planck intermediate results. XLVI. Reduction of large-scale systematic effects in HFI polarization maps and estimation of the reionization optical depth. Astronomy & Astrophysics

 

Emneord: ESA, Stars, Astronomi og astrofysikk, Kosmisk bakgrunnsstråling (CMB), Kosmoplogi Av Tore Oldeide Elgvin
Publisert 12. sep. 2016 11:22 - Sist endret 27. sep. 2016 14:20