Universets mørke alder: Hvordan vårt kosmos overlevde

Skjulte galakser funnet bak kosmisk tåkeslør

ESAs romteleskop Herschel har oppdaget at tidligere usynlige fjerne galakser er ansvarlige for en kosmisk tåke av infrarød stråling. Galaksene er noen av de svakeste og lengste objektene Herschel har sett, og åpner et nytt vindu om stjerners fødsel i det tidlige universet. Til dags dato er det det mest følsomme bildet av universet tatt med Herschel. (Bildekreditt: ESA/PEP Consortium)



Universets mørke tidsalder - en tid med mørke som eksisterte før de første stjernene og galakser - forblir stort sett et mysterium fordi det er så lite å se, men forskere ønsker intenst å belyse dem for å lære hemmeligheter om hvordan universet ble til.



'De mørke tidsalder representerer vår opprinnelse - da de aller første stjernene dannet og skapte de tunge elementene vi er laget av i dag,' sa teoretiske astrofysikeren Abraham Loeb, styreleder for astronomiavdelingen ved Harvard University.

Nå utvikler forskere verktøy for å se tilbake på denne hittil gåtefulle tiden. For å sette ting i perspektiv, anslår astronomer at universet er 13,7 milliarder år gammelt .



'Vår eksistens er et resultat av disse første generasjonene av stjerner, så når vi undersøker mørketiden, utforsker vi vår opprinnelse,' Loeb, som også er forfatteren av 'How Did The First Stars and Galaxies Form?' (Princeton University Press, 2010), fortalte demokratija.eu.

Først lys, så mørke, så lys igjen

Før universets mørke tidsalder var kosmos så varmt at alle atomene som eksisterte ble delt i positivt ladede kjerner og negativt ladede elektroner. Disse elektrisk ladede ionene hindret alt lys i å bevege seg fritt.



Omtrent 400 000 år etter Big Bang, avkjølte universet nok til at disse ionene rekombinerte til atomer, slik at det første lyset i kosmos, det fra Big Bang, endelig kunne skinne. Men det som kom etterpå var universets mørke tidsalder - det var ikke noe annet lys, ettersom stjernene ikke var født ennå. [ Infografisk tur: Universets historie og struktur ]

Gjeldende modeller av universet antyder at de første galakser begynte å danne omtrent 100 millioner år etter Big Bang, og markerte begynnelsen på slutten av mørketiden. Denne prosessen med dannelse av stjerner og galakser fortsatte gradvis til praktisk talt alt hydrogen og helium som utgjør det meste av universet igjen ble ionisert, denne gangen med stjernelys, omtrent 500 millioner år etter Big Bang.

Mysterier som venter på å bli løst



Det er mange spørsmål som kan hjelpe deg med å lære mer om mørketiden. For eksempel, hvor kom de uhyre store sorte hullene i hjertet til praktisk talt alle store galakser?

'Melkeveien har et svart hull omtrent 4 millioner ganger solens masse, og noen galakser har sorte hull en milliard store solmasser,' sa Loeb. Dette gjelder tilsynelatende selv for gamle galakser som ULAS J1120+0641, som tilsynelatende hadde et sentralt svart hull 2 ​​milliarder ganger solmassen bare 770 millioner år etter Big Bang.

'Det er ikke mye tid å bygge slike sorte hull,' sa Loeb. 'Hvordan ble disse dannet? Hva er frøene til disse sorte hullene? '

I tillegg er en stor gåte i mørketiden hvor mørk materie-det ennå uidentifiserte materialet som utgjør omtrent 85 prosent av all materie i universet-kan ha påvirket dannelsen av de første galakser. Dette spørsmålet forsterkes av det faktum 'at vi ikke vet hva mørk materie er,' sa Loeb.

Foreløpig den ledende kandidater for mørk materie er partikler som bare svakt interagerer med vanlig materie og med hverandre. Loeb lurer imidlertid på om partikler av mørkt materiale faktisk kan samhandle med hverandre mer enn forskere generelt mistenker, gitt oppførselen til små galakser i nærheten.

'Hvis vi antar at mørk materie ikke er i samspill, når folk gjør simuleringer av utviklingen av galakser som Melkeveien, bør det være mange satellittgalakser rundt den,' sa Loeb. 'Men når folk ser på satellittgalaksebestanden i Melkeveien, finner de mye færre enn det forutsagte antallet, og den antatte fordelingen av mørkt materiale inne i disse dverggalakser er veldig annerledes enn det som er forutsagt for dem også. Kanskje mørk materie oppfører seg annerledes enn forventet. '

Et annet puslespill er hvordan de første stjernene var. I den utrolige varmen og trykket som finnes i kjernene til disse stjernene, ble relativt enkle elementer som hydrogen og helium smidd til tyngre elementer som karbonet som livet som vi kjenner det er basert på og oksygenet vi puster inn.

'For øyeblikket tror vi at de aller første stjernene var mer massive enn solen-10 ganger, kanskje til og med 100 ganger mer massive-og veldig kortvarige, kanskje bare noen få millioner år,' sa Loeb.

Imidlertid er det beregninger som tyder på at under noen omstendigheter kunne mindre stjerner ha dannet seg da. 'Disse ville være svært fattige i tunge elementer, og vi kan kanskje se dem i dag hvis de eksisterer, og lurer i halo av Melkeveien,' sa Loeb. 'Var de første stjernene forskjellige fra dagens stjerner? Hvis vi kan, vil vi gjerne se dem for å finne ut det. [ Big Bang til nå i 10 enkle trinn ]

Hemmeligheter fra den mørke tidsalderen

For å undersøke den mørke tidsalderen er en alléforskere som driver med å jakte på de tidligste stjernene og galakser. Siden det tar lett tid å reise, må lys som kom langveisfra også ha kommet fra lenge siden. Som sådan ser astronomer dypt i rommet for å se tilbake i tid.

'Det ligner på arkeologi - jo dypere du graver, jo eldre lag du avdekker,' sa Loeb. 'Her graver vi i hovedsak i verdensrommet.'

Et sentralt verktøy for å se på den gamle fortiden har nylig trukket mye kontrovers for forsinkelsene og kostnadene - James Webb Space Telescope. Likevel, hvis dette romobservatoriet noen gang flyr, kan det hjelpe å avsløre mye om det tidlige universet ved å fange det ekstremt svake lyset fra de første galakser.

'Dette teleskopet er det beste håpet vi har for å faktisk forestille oss den første generasjonen av galakser,' sa Loeb.

En annen strategi for å lære mer om mørketiden ville være å se på arrene som tidlige stjerner og galakser ville ha påført hydrogenet som omgir dem. Selv kaldt hydrogen avgir lys i form av radiobølger med en bestemt bølgelengde på 21 centimeter. Ved å stille inn på den bølgelengden, kunne forskere dermed se hvordan dette hydrogenet endret seg over tid som svar på stjernestråling.

En rekke radioteleskop-oppstillinger under utvikling vil oppdage disse 21 centimeter radiobølgene, sa Loeb. Disse inkluderer Murchison Widefield Array i vestlige Australia, Low-Frequency Array (spredt over hele Europa, Primeval Structure Telescope in China, Precision Array for Probing the Epoch of Reionization in South Africa, Giant Metrewave Radio Telescope in India, and the Square Kilometer Array, som skal bygges i enten Australia eller Sør -Afrika.

Forskere kan også se på tidlige galakser ved å lete etter røntgenstråler fra de sentrale sorte hullene ved hjelp av teleskoper som NASAs Chandra X-ray Observatory. Fremtidig forskning kan også oppdage krusninger i romtiden, kjent som gravitasjonsbølger, frigjort når sorte hull fra tidlige galakser fusjonerte med hverandre.

Et prosjekt kalt Advanced LIGO vil ha tilstrekkelig følsomhet for å se tyngdekraftsbølger fra sammensmelting av svarte hull i stjernemasse i nærliggende galakser i løpet av få år fra nå, sa Loeb. Et enda mer ambisiøst prosjekt kjent som LISA som kunne oppdage fusjon av supermassive sorte hull i fjerne galakser var en gang på bøkene, men budsjettmessige problemer har offisielt slettet det for nå.

'Det vil alltid lønne seg å se på så mye av himmelen som vi kan,' sa Loeb. 'Du vet aldri hva du kan finne.'

Det tok ganske mye mer enn syv dager å skape universet slik vi kjenner det i dag. demokratija.eu ser på himmelens mysterier i vår åttedelte serie: The History & Future of the Cosmos. Dette er del 6 i den serien.