Astronomer bruker kraftige teleskoper som Hubble og James Webb Space Telescope (JWST) til å studere tidlige galakser individuelt. Imidlertid er universet så tettpakket med galakser at mange overlapper hverandre, noe som skaper en uskarp bakgrunn kjent som det kosmiske infrarøde bakgrunnslyset (CIB - Cosmic Infrared Background). Dette fenomenet fanger opp det kombinerte lyset fra utallige galakser gjennom universets historie, noe som gjør det utfordrende å skille individuelle galakser.
"Origins"-prosjektet, ledet av forsker Duncan Watts, har som mål å adressere denne kompleksiteten.
– Det jeg håper å gjøre med "Origins" er å skille det totale CIB inn i flere uavhengige kilder, og lage et tredimensjonalt kart over dannelsen av galakser i universet, sier Dr. Duncan Watts, en av de 494 unge forskerne, vinnere av denne rundens European Research Council (ERC) Starting Grant.
Med finansiering på 1,5 millioner euro over fem år planlegger Dr. Watts og "Origins"-teamet å konstruere et tredimensjonalt kart som dokumenterer fødselen og veksten av galakser over hele kosmos. Hvordan skal det skje?
Gjennomtrenger kosmisk støv
Å se inn i dypet av universet for å observere CIB er litt som å prøve å få øye på det svake lyset fra ildfluer på en tåkete natt.
– CIB, som er rik på informasjon om fjerne galakser, skinner dessverre ikke sterkt. For å gjøre utfordringen enda større, er vårt observasjonssted slik at vi forsøker å se gjennom sløret av vårt solsystem, innenfor de støvfylte banene i Melkeveien," forklarer Dr. Watts.
CIB består hovedsakelig av det svake lyset fra kaldt kosmisk støv. Dette støvet, akkurat som glørne i en grill, bare mye kaldere, sender ut et svakt infrarødt lys. Men vår kosmiske visjon skygges av det kalde støvet som gjennomsyrer vår egen Melkevei, samt det interplanetariske støvet i solsystemet vi lever i, kjent som zodiakal emisjon. Hvordan kan vi løse opp denne himmelske knuten for å isolere CIB?
– Svaret ligger i å ta flere panoramabilder av himmelen, følsomme for forskjellige bølgelengder av lys eller "farger," og observere fra ulike vinkler mens vi kretser rundt Solen. Til tross for dens betydning, har en omfattende og "enkelt" forsøk på å synkronisere forskjellige datasett inn i en felles modell ikke blitt gjort – før nå, svarer Dr. Watts begeistret.
Banebrytende 3D-modeller av universet
Dette er her "Origins"-prosjektet kommer inn med sin ambisiøse handlingsplan. Forestill deg å kombinere rike datasett fra tidligere romoppdrag som NASAs DIRBE og IRAS-oppdrag, JAXAs AKARI-oppdrag, og utnytte kraften fra det kommende SPHEREx-oppdraget.
– Ved å kombinere alle disse datakildene, sikter prosjektet mot å skille støvet i Melkeveien, den zodiakale lyset fra vårt solsystem, og det svake skjæret fra CIB.
Resultatet? En banebrytende 3D-modell som vil kartlegge strukturen til universet rundt oss med enestående detaljnivå, fra vårt lokale solsystem til de første galaksene. De nye datasettene gir virkelig mye høyere oppløsning sammenlignet med tidligere infrarøde data Watts jobbet med i DIRBE-eksperimentet for prosjektet Cosmoglobe.
"Dette er akkurat det "Origins" vil gjøre, å bruke flere datasett for å skape en modell som er bedre enn noen enkelt datasett kunne ha skapt" - Duncan Watts
– Mens tidligere datasett for den kosmiske mikrobølgebakgrunnsstrålingen (CMB) gjengav månen som en enkel klump, kan de nye dataene kartlegge månens kratere i detalj. Dette er et enormt sprang i oppløsning, og det over nesten hele himmelen!, forklarer Dr. Watts entusiastisk.
– Samtidig vil datasettene bli ganske omfattende, og vi vil ha mange utfordringer på det algoritmiske nivået for å få analysert dataene raskt, legger han til.
Fra galaksenes daggry over kosmisk tid
Hvor lyse var de første galaksene og når dukket de opp fra universets mørke tidsalder? Svarene på disse spørsmålene er nøkler til den store fortellingen om universets evolusjon, og vil bidra til å fylle hullene i vår forståelse av kosmos' barndom.
– Det jeg er mest interessert i å se, er akkurat hvordan lysstyrken og klyngingen av galakser endrer seg over tid, innrømmer Dr. Watts.
Tidligere har forskere utført observasjoner av små deler av himmelen med veldig høy oppløsning.
Svarene på disse spørsmålene er nøkler til den store fortellingen om universets evolusjon, og vil bidra til å fylle hullene i vår forståelse av kosmos' barndom.
– Vi skal lage kart over praktisk talt hele himmelen, og faktisk skille den ut i forskjellige epoker, slik at vi bokstavelig talt kan se galakser klynge seg over kosmisk tid, legger Dr. Watts ivrig til.
Med den innovative tilnærmingen som "Origins"-prosjektet lover, står vi ved grensen til astronomisk forskning, klare til å vitne og forstå dannelsen av galakser.
Midler til banebrytende forskning
For nesten et år siden mottok Dr. Watts finansiering fra Norges forskningsråd for sitt prosjekt om den kosmiske mikrobølgebakgrunnsstrålingen (CMB), med tittelen "CosmoglobeHD".
– CosmoglobeHD vil fokusere på høyoppløselig data av CMB fra Simons Observatory og data fra FIRAS i mikrobølgeområdet, forklarer Dr. Watts.
Oppstarten av "Origins" har dype røtter i Dr. Watts sine tidligere bestrebelser, BeyondPlanck og Cosmoglobe-prosjektene, ledet av professor Eriksen og professor Wehus henholdsvis.
– Cosmoglobe handlet om å forstå CMB, og ettersom vi fortsatte mot kortere bølgelengder, innså vi at det ville bli nødvendig å forstå støv, zodiakal utstråling og CIB, forklarer Dr. Watts videre.
"På noen måter er 'Origins' en helt ny retning, men på andre måter er det bare det naturlige neste steget fra det jeg allerede har holdt på med" - Watts.
Denne innovative ånden driver både "Origins" og "CosmoglobeHD" fremover med et felles behov for robuste himmelmodeller. Ved å sammensmelte funnene fra disse to innsatsene, er Watts i ferd med å skape den mest omfattende og presise modellen av himmelen hittil – en himmelsk blåkopi som kan redefinere vår forståelse av universets fortid og nåtid.
Les også
- Dei jaktar på den første gravitasjonsbylgja etter Big Bang
- På spor av gravitasjonsbølgene fra Big Bang
- Eriksen og Wehus samler kosmologien med penger fra Det europeiske forskningsrådet
- Kosmologene vil gi oss eit tredimensjonalt kart verda aldri har sett før