Hva ligger mellom galakser?

Utforske det intergalaktiske mediet

Denne galaksehopen har materiale mellom galakser. Hver farge avslører noe om klyngene, og materialet som har blitt trukket ut av dem inn i det intergalaktiske rommet. NASA/CXC/SAO/van Weeren et al.; Optisk: NASA/STScI; Radio: NRAO/AUI/NSF.

Folk tenker ofte på plass som 'tomt' eller et 'vakuum', noe som betyr at det absolutt ikke er noe der. Begrepet 'tomrom' refererer ofte til den tomheten. Det viser seg imidlertid at rommet mellom planetene faktisk er opptatt av asteroider og kometer og romstøv. Tomrommene mellom stjernene i galaksen vår kan fylles med tynne skyer av gass og andre molekyler. Men hva med områdene mellom galaksene? Er de tomme, eller har de 'greier' i seg?

Svaret som alle forventer, 'et tomt vakuum', er heller ikke sant. Akkurat som resten av rommet har noen 'ting' i seg, har det også det intergalaktiske rommet. Faktisk brukes ordet 'tomtrom' nå normalt for gigantiske områder hvor det IKKE finnes galakser, men tilsynelatende fortsatt inneholder en eller annen form for materie.

Hva ligger mellom galaksen vår og andre i universet, for eksempel Sombreroen, vist her i et Hubble-romteleskop?. NASA/STScI

Så hva er det mellom galakser? I noen tilfeller er det skyer av varm gass som avgis når galakser samhandler og kolliderer. Det materialet blir 'revet vekk' fra galaksene av tyngdekraften, og ofte nok kolliderer det med annet materiale. Det gir seg stråling som kalles røntgenstråler og kan oppdages med slike instrumenter som Chandra X-Ray Observatory. Men ikke alt mellom galakser er varmt. Noe av det er ganske svakt og vanskelig å oppdage, og blir ofte tenkt på som kalde gasser og støv.

Finne svak materie mellom galakser

Takket være bilder og data tatt med et spesialisert instrument kalt Cosmic Web Imager ved Palomar Observatory på 200-tommers Hale-teleskopet, vet astronomer nå at det er mye materiale i de store strekningene av verdensrommet rundt galakser. De kaller det «dunkel materie» fordi det ikke er lyst som stjerner eller tåker, men det er ikke så mørkt at det ikke kan oppdages. Cosmic Web Imager l (sammen med andre instrumenter i verdensrommet) ser etter denne saken i det intergalaktiske mediet (IGM) og kartlegger hvor det er mest rikelig og hvor det ikke er det.

Observer det intergalaktiske mediet

Hvordan 'ser' astronomer hva som er der ute? Områdene mellom galaksene er åpenbart mørke, siden det er få eller ingen stjerner der ute for å lyse opp mørket. Det gjør disse regionene vanskelige å studere i optisk lys (lyset vi ser med øynene våre). Så astronomer ser på lys som strømmer gjennom de intergalaktiske rekkeviddene og studerer hvordan det påvirkes av turen.

Cosmic Web Imager, for eksempel, er spesielt utstyrt for å se på lyset som kommer fra fjerne galakser ogkvasarermens den strømmer gjennom dette intergalaktiske mediet. Når lyset beveger seg gjennom, blir noe av det absorbert av gassene i IGM. Disse absorpsjonene vises som 'bar-graph' sorte linjer i spektrene som Imager produserer. De forteller astronomene sammensetningen av gassene 'der ute.' Visse gasser absorberer visse bølgelengder, så hvis 'grafen' viser hull på visse steder, så forteller det dem hvilke gasser som finnes der ute som absorberer.

Interessant nok forteller de også en historie om forhold i det tidlige universet, om gjenstandene som eksisterte da og hva de gjorde. Spektre kan avsløre stjernedannelse, strømmen av gasser fra en region til en annen, stjerners død, hvor raskt objekter beveger seg, deres temperaturer og mye mer. Imager 'tar bilder' av IGM så vel som fjerne objekter, ved mange forskjellige bølgelengder. Ikke bare lar det astronomer se disse objektene, men de kan bruke dataene de får til å lære om et fjerntliggende objekts sammensetning, masse og hastighet.

Undersøke det kosmiske nettet

Astronomer er interessert i det kosmiske 'nettet' av materiale som strømmer mellom galakser og klynger. De spør hvor det kommer fra, hvor det er på vei, hvor varmt det er og hvor mye det er av det.

De ser hovedsakelig etter hydrogen siden det er hovedelementet i verdensrommet og sender ut lys på en bestemt måte ultrafiolett bølgelengde kalt Lyman-alfa. Jordens atmosfære blokkerer lys ved ultrafiolette bølgelengder, så Lyman-alfa er lettest observert fra verdensrommet. Det betyr at de fleste instrumenter som observerer det er over jordens atmosfære. De er enten ombord på høyhøydeballonger eller på romfartøy i bane. Men lyset fra det svært fjerne universet som reiser gjennom IGM har sine bølgelengder strukket av universets ekspansjon; det vil si at lyset kommer 'rødforskjøvet', noe som gjør at astronomer kan oppdage fingeravtrykket til Lyman-alfa-signalet i lyset de får gjennom Cosmic Web Imager og andre bakkebaserte instrumenter.

De fjerneste galaksene forteller om forholdene i det fjerne universet, tidlig i kosmisk historie. NASA, ESA, R. Windhorst (Arizona State University) og H. Yan (Spitzer Science Center, Caltech)

Astronomer har fokusert på lys fra objekter som var aktive helt tilbake da galaksen bare var 2 milliarder år gammel. I kosmiske termer er det som å se på universet da det var et spedbarn. På den tiden brant de første galaksene med stjernedannelse. Noen galakser begynte akkurat å dannes, og kolliderte med hverandre for å skape større og større stjernebyer. Mange 'klatter' der ute viser seg å være disse som nettopp begynner å trekke seg sammen proto-galakser. Minst en som astronomer har studert, viser seg å være ganske stor, tre ganger større enn Galaksen Melkeveien (som i seg selv er omtrent 100 000 lysår i diameter). Imager har også studert fjerntliggende kvasarer, som den som er vist ovenfor, for å spore deres miljøer og aktiviteter. Kvasarer er veldig aktive 'motorer' i galaksenes hjerter. De er sannsynligvis drevet av sorte hull, som sluker overopphetet materiale som avgir sterk stråling når det spiraler inn i det sorte hullet.

Duplisering av suksess

Studiet av intergalaktiske ting fortsetter å utfolde seg omtrent som en detektivroman. Det er mange ledetråder om hva som er der ute, noen klare bevis for å bevise eksistensen av noen gasser og støv, og mye mer bevis å samle. Instrumenter som Cosmic Web Imager bruker det de ser for å avdekke bevis på hendelser og gjenstander fra lenge siden i lyset som strømmer fra de fjerneste tingene i universet. Det neste trinnet er å følge bevisene for å finne ut nøyaktig hva som er i IGM og oppdage enda fjernere objekter hvis lys vil lyse opp det. Det er en viktig del av å bestemme hva som skjedde i det tidlige universet, milliarder av år før planeten og stjernen vår eksisterte.