At finde en nål i en rumhøstak

Stephanie Bernard er én ud af 24 mio. University of Melbourne PhD-kandidat er den eneste australier, der har fået adgang til NASAs Spitzer Space Telescope, og hun bruger sin tid på at udforske en af ​​de tidligste galakser i universet.

Udvalgt blandt hundredvis af astrofysikere, der søger adgang til teleskopet i 12 måneder (begyndende medio 2016), Fru Bernard analyserer nu infrarøde signaler fra en gammel galakse, der kunne rumme hemmelighederne bag, hvordan livet udviklede sig i universet.

"Vi er stærkt fokuseret på at forstå, hvordan den første generation af stjerner blev til, " hun siger.

Forskere har dateret universets fødsel til omkring 13,8 milliarder år siden, da Big Bang indtraf. fru Bernard og hendes vejleder, astrofysiker Dr. Michele Tranti, fra Fysikskolen, har netop modtaget deres første masse data fra Spitzer, og de er fokuseret på en stor galakse – større end vores egen Mælkevej – kaldet 11153+0056_514, som blev dannet engang mellem 500 og 800 millioner år efter Big Bang.

"Så det, vi gør, går 13 milliarder år tilbage i tiden, " siger fru Bernard.

Bare processen med at finde en så gammel galakse er en udfordring, lad os udforske dens indviklede detaljer og oprindelse.

"Det er som en nål i en høstak; disse galakser er bare en lille plet på himlen, noget i retning af 150 til 200 gange mindre end månen, " siger Dr. Tranti.

"Vi kan søge i tusindvis af galakser, og hvis vi er heldige, der kan være en, der er 13 milliarder år i fortiden. Og hvis du leder efter de lyseste galakser på det tidspunkt, de er endnu sjældnere, fordi galakser begynder at dannes små og så vokser de over tid, og de smelter ofte sammen til meget større galakser."

Tidligere kendt som Space Infrared Telescope Facility, det kraftfulde Spitzer-rumteleskop er en del af NASAs store observatorier-program.

Det blev senere opkaldt efter astronomen Lyman Spitzer, som i 1940'erne gik ind for konceptet rumteleskoper.

Teleskopet blev sprængt ud i rummet i 2003, og NASA planlagde at betjene det i to et halvt år, muligvis op til fem.

Nu, i sit 13. år, Spitzer går stadig stærkt, på trods af, at dens oprindelige sidste anvendelsesdato er overstået. Mens nogle af dens oprindelige funktioner ikke længere virker, fordi teleskopet er løbet tør for sit flydende heliumbrændstof, dens to kortbølgelængde infrarøde array-kameraer fungerer stadig.

Og det er denne infrarøde funktion, der gør adgang til Spitzer så vigtig.

For at bruge teleskopet, Fru Bernard sender galaksens koordinater til NASA, som så placerer teleskopet til det område, når der er nok andre anmodninger om data fra netop det hjørne af universet. Rådata sendes derefter til fru Bernard, der analyserer det.

Fru Bernard og Dr. Tranti fandt galaksen 11153+0056_514 ved hjælp af det bedre kendte Hubble-rumteleskop, men for at udforske detaljerne yderligere, de havde brug for at se det i infrarødt, som ikke kan ses med det menneskelige øje eller Hubble.

Dr. Tranti siger, at det er vigtigt at se disse galakser i infrarødt lys, fordi universet udvider sig. Når lyset fra denne galakse rejser mod os, mister det energi, fordi pladsen er strakt.

"Disse fjerne galakser ville have udsendt højenergi UV-lys, men fordi universet er vokset cirka 10 gange større i de sidste 13 milliarder år, når dette lys når os, den er blevet strakt, og energien er lavere end hvad det menneskelige øje kan se, " siger Dr. Tranti.

I betragtning af Spitzers alder, og det faktum, at det langt mere avancerede James Webb-teleskop – som i sidste ende vil erstatte både Hubble og Spitzer – skal lanceres i 2018, dette var sandsynligvis den sidste mulighed for fru Bernard til at bruge Spitzer.

De billeder, som Spitzer har sendt tilbage til Jorden i løbet af de sidste 13 år, er fortryllende. hvirvler af neon lilla, grøn, rød, blå og pink, i kontrast til universets mørkeste sorte.

Men der vil stadig gå noget tid, før fru Bernard og Dr. Tranti korrekt kan behandle alle de data, der i sidste ende vil skabe disse fantastiske billeder. I øjeblikket, deres billeder ligner store pletter, uden tydelige detaljer.

Men disse pletter er fascinerende for fru Bernard og kunne rumme nogle vitale spor, der kunne besvare nogle af menneskehedens mest dybtgående spørgsmål.

"Vi har en grundlæggende idé om, hvordan denne galakse skal se ud, og så vi dybest set finkæmmer dette billede og ser, om vi kan matche det med disse ideer om galaksen, " siger fru Bernard.

"At finde disse første galakser fortæller os lidt om, hvordan universet var på det tidspunkt, fordi vi kan se på, hvad galaksens egenskaber er, hvilken slags stjerner den har inde i sig, og vi kan få en idé om, hvordan disse processer vi ser i universet i dag, som galakser, der smelter sammen, det hele startede."

At udforske det tidlige univers og komme så tæt på Big Bang er i centrum for fru Bernard og Dr. Trentis forskning.

"Det er virkelig for at tage fat på et af de mest grundlæggende spørgsmål:hvor gjorde vi, menneskelighed, kommer fra?" siger Dr. Tranti.

"Efter Big Bang, universet var et ret kedeligt sted; det var kun brint, helium og spor af måske nogle få tungere grundstoffer såsom lithium, men intet andet.

"Med tiden, små udsving i disse elementer vokser, og tyngdekraften får dem til at kollapse, og du har de fysiske forhold, der fører til dannelsen af ​​den første generation af stjerner og galakser. Og de producerer kemiske grundstoffer gennem fusionsprocesser, og så har du grundstofferne – kulstof, ilt, jern – det er nødvendigt for livet."