Kosmisk daggry fandt sted 250 til 350 millioner år efter Big Bang

Kosmisk daggry, da stjerner blev dannet for første gang, fandt sted 250 millioner til 350 millioner år efter universets begyndelse, ifølge en ny undersøgelse ledet af forskere ved University College London (UCL) og University of Cambridge.

Studiet, offentliggjort i Månedlige meddelelser fra Royal Astronomical Society , antyder, at NASA James Webb Space Telescope (JWST), planlagt til lancering i november, vil være følsom nok til at observere fødslen af ​​galakser direkte.

Det britisk ledede forskerhold undersøgte seks af de fjerneste galakser, der i øjeblikket er kendt, hvis lys har taget det meste af universets levetid for at nå os. De fandt ud af, at afstanden mellem disse galakser væk fra Jorden svarede til en "tilbageblik"-tid for mere end 13 milliarder år siden, da universet kun var 550 millioner år gammelt.

Analyse af billeder fra Hubble- og Spitzer-rumteleskoperne, forskerne beregnede alderen på disse galakser til at variere fra 200 til 300 millioner år, tillader et skøn over, hvornår deres stjerner først blev dannet.

Hovedforfatter Dr. Nicolas Laporte (University of Cambridge), som startede projektet, mens han var på UCL, sagde:"Teoretikere spekulerer i, at universet var et mørkt sted i de første par hundrede millioner år, før de første stjerner og galakser blev dannet.

"At være vidne til det øjeblik, hvor universet første gang blev badet i stjernelys, er en stor søgen inden for astronomi.

"Vores observationer indikerer, at kosmisk daggry fandt sted mellem 250 og 350 millioner år efter universets begyndelse, og, på tidspunktet for deres dannelse, galakser som dem, vi studerede, ville have været tilstrækkeligt lysende til at blive set med James Webb-rumteleskopet."

Forskerne analyserede stjernelys fra galakserne som optaget af Hubble- og Spitzer-rumteleskoperne, at undersøge en markør i deres energifordeling, der indikerer tilstedeværelsen af ​​atomart brint i deres stjerneatmosfære. Dette giver et skøn over alderen på de stjerner, de indeholder.

Denne brintsignatur øges i styrke, efterhånden som stjernebefolkningen ældes, men aftager, når galaksen er ældre end en milliard år. Aldersafhængigheden opstår, fordi de mere massive stjerner, der bidrager til dette signal, forbrænder deres nukleare brændsel hurtigere og derfor dør først.

Medforfatter Dr. Romain Meyer (UCL Physics &Astronomy og Max Planck Institute for Astronomy i Heidelberg, Tyskland) sagde:"Denne aldersindikator bruges til at datere stjerner i vores eget kvarter i Mælkevejen, men den kan også bruges til at datere ekstremt fjerntliggende galakser, set i en meget tidlig periode af universet.

"Ved at bruge denne indikator kan vi udlede, at selv i disse tidlige tider, vores galakser er mellem 200 og 300 millioner år gamle."

Ved at analysere dataene fra Hubble og Spitzer, forskerne havde brug for at estimere "rødforskydningen" af hver galakse, hvilket indikerer deres kosmologiske afstand og dermed det tilbageblikstidspunkt, hvorpå de bliver observeret. For at opnå dette, de foretog spektroskopiske målinger ved hjælp af det fulde arsenal af kraftfulde jordbaserede teleskoper - det chilenske Atacama Large Millimeter Array (ALMA), det europæiske meget store teleskop, de to Keck-teleskoper på Hawaii, og Gemini-Syd teleskop.

Disse målinger gjorde det muligt for holdet at bekræfte, at at se på disse galakser svarede til at se tilbage på en tid, hvor universet var 550 millioner år gammelt.

Medforfatter professor Richard Ellis (UCL Physics &Astronomy), som har sporet stadig fjernere galakser i løbet af sin karriere, sagde:"I løbet af det sidste årti, astronomer har rykket grænserne for, hvad vi kan observere, til en tid, hvor universet kun var 4% af sin nuværende alder. Imidlertid, på grund af den begrænsede gennemsigtighed af Jordens atmosfære og Hubble- og Spitzer-rumteleskopernes muligheder, vi har nået vores grænse.

"Vi venter nu spændt på opsendelsen af ​​James Webb-rumteleskopet, som vi mener har evnen til direkte at være vidne til kosmisk daggry.

"Jagten på at se dette vigtige øjeblik i universets historie har været en hellig gral i astronomi i årtier. Da vi er lavet af materiale, der er bearbejdet i stjerner, dette er i en vis forstand søgen efter vores egen oprindelse."

Den nye undersøgelse involverede astronomer ved University of California-Santa Cruz, University of California, og University of Texas.

Det NASA-ledede James Webb-rumteleskop, efterfølgeren til Hubble-observatoriet, er planlagt til at blive opsendt i rummet i november. Det vil være det førende observatorium i løbet af det næste årti, betjener tusindvis af astronomer verden over. Det består af et infrarødt observatorium, et enormt spejl 6,5 meter bredt, og et diamantformet solskjold. UCL-forskere ved Mullard Space Science Laboratory har bygget og testet nøglehardwarekomponenter til NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), et af teleskopets fire instrumenter.