Galakser – universets øer

De første galakser blev dannet omkring 400–500 millioner år efter Big Bang, da gas samlede sig, og de første stjerner begyndte at lyse. I dag ved man, at universet indeholder milliarder af galakser, som kan have meget forskellige former.

Nogle galakser er spiralformede, som Mælkevejen, andre er elliptiske eller uregelmæssige. Galakser kan være samlet i grupper og hobe og er adskilt af enorme afstande.

Vores egen galakse, Mælkevejen, er omkring 100.000 lysår i diameter og indeholder flere hundrede milliarder stjerner. Det vil sige, at det vil tage en lysstråle 100.000 år at rejse fra den ene ende af galaksen til den anden.

Solen og Jorden befinder sig i en spiralarm, et godt stykke fra galaksens centrum.

Stjerner – fra fødsel til død

Stjerner bliver født i kolde skyer af gas og støv, kaldet stjernetåger. Når en del af skyen begynder at trække sig sammen under sin egen tyngdekraft, stiger temperaturen i centrum. Når temperaturen bliver høj nok, starter kerneprocesser, og en stjerne begynder at lyse.

En stjernes levetid afhænger af dens størrelse:

• Små stjerner, som Solen, lever typisk i omkring 10 milliarder år.
• Store stjerner bruger deres brændstof hurtigere og kan leve i kun få millioner år.

En rød kæmpe er en stjerne i en sen fase af sit liv, hvor den er blevet stor og køligere. Solen vil om ca. 5 milliarder år udvikle sig til en rød kæmpe.

En hvid dværg er resterne af en stjerne som Solen, efter den har kastet sine yderlag af. Når Solen er færdig som rød kæmpe, ender den som en hvid dværg.

En neutronstjerne dannes, når en meget tung stjerne eksploderer som en supernova. Solen er for lille til at blive en neutronstjerne og vil derfor aldrig nå dette stadie.

Når stjerner eksplodere som supernovaer, spredes grundstoffer ud i rummet og kan danne nye stjerner og planeter.

Det er netop ved disse supernovaeksplosioner, at mange af de tunge grundstoffer – som for eksempel guld og uran – dannes og slynges ud i rummet. Jern dannes inde i stjerner, før de eksploderer. Det er altså ved disse voldsomme hændelser, at mange af de grundstoffer, vi har her på Jorden, er blevet dannet.

En stjernes ”fingeraftryk”

Selvom vi ikke kan besøge fjerne stjerner og galakser, kan vi stadig finde ud af, hvad de består af, ved at undersøge deres lys. Denne metode kaldes spektroskopi og er et af astronomiens vigtigste værktøjer. Når lyset fra en stjerne bevæger sig gennem dens atmosfære, bliver nogle bestemte farver (bølgelængder) absorberet af de grundstoffer, stjernen indeholder. Det betyder, at der opstår mørke linjer i lysets spektrum. Hvert grundstof absorberer helt bestemte farver og efterlader derfor sit eget unikke “fingeraftryk”. Ved at sammenligne disse mønstre med målinger fra laboratorier på Jorden kan forskere finde ud af, hvilke stoffer der findes i stjernen.

Sorte huller og andre ekstreme fænomener

Når de største stjerner dør, kan deres kerner kollapse og danne sorte huller. Der kan også dannes sorte huller, når to neutronstjerner kolliderer og smelter sammen. Et sort hul har så stærk tyngdekraft, at intet - heller ikke lys - kan slippe væk.

I centrum af de fleste galakser findes et supermassivt sort hul. I Mælkevejens centrum ligger et sort hul med en masse, eller vægt, der svarer til omkring fire millioner gange Solens masse. Sorte huller kan ikke observeres direkte, men afsløres gennem deres påvirkning af stjerner og gas omkring dem.

Selvom forskere i dag ved meget om sorte huller, er der stadig meget, man ikke fuldt ud forstår. Hvordan tyngdekraften præcist opfører sig helt tæt på et sort hul, er stadig et åbent spørgsmål i fysikken.

Derudover ved man, at alt det synlige og kendte stof - stjerner, planeter og gas og alle de grundstoffer vi kender - kun udgør en lille del af universet. Det meste af universet består af mørkt stof og mørk energi:

• Mørkt stof kan ikke ses direkte, men afsløres gennem sin tyngdekraft (gravitation) og spiller en vigtig rolle for, hvordan galakser holdes sammen. Det trækker i planeter og galakser via dets tyngdekraft. Derfor ved vi kun, at det er der, men ikke, hvad det er specifikt.
• Mørk energi menes at være årsagen til, at universets udvidelse accelererer. Det er kun sådan man kan forklare den, altså ved, at universet udvides, og at det kræver energi.

Studiet af sorte huller, mørkt stof og mørk energi er blandt de største uløste mysterier i moderne astronomi og kosmologi.

Teleskoper og dansk forskning

Viden om galakser og stjerner kommer fra avancerede teleskoper på Jorden og i rummet. Rumbaserede teleskoper kan observere universet uden forstyrrelser fra Jordens atmosfære og se meget langt tilbage i tiden.

Danmark deltager gennem ESA og NASA i internationale teleskopmissioner. Blandt andet James Webb Space Telescope, som kan observere nogle af de tidligste galakser i universet. Forskere fra DTU Space er med til at analysere data fra James Webb-teleskopet, der bidrager til vores forståelse af galaksers og stjerners dannelse og udvikling.

Kosmologi

Kosmologi er læren om universets opbygning og udvikling. Forskere forsøger blandt andet at forstå, hvor stort universet er, hvor gammelt det er, og hvordan stof og galakser er fordelt.

Kosmologer undersøger, hvordan universet er opstået, og hvad der vil ske med det i fremtiden. De arbejder også med mysterier som mørkt stof og mørk energi, som udgør størstedelen af universet, men stadig ikke er fuldt ud forstået.

Kosmologien er i rivende udvikling

Tidligere havde forskere begrænsede muligheder for at studere universet. I dag gør avancerede teleskoper og målinger af stråling i universet det muligt at indsamle data fra både det tidlige og det nuværende univers. Derfor er kosmologi i dag et meget aktivt forskningsfelt.

Vores univers udvider sig som en slags rosinbolle-dej

Universet udvider sig hele tiden, og galakser bevæger sig væk fra hinanden. Det skyldes at selve rummet udvider sig.

Man kan forestille sig universet som en rosinbolledej, der hæver. Rosinerne svarer til galakser, og når dejen udvider sig, bevæger rosinerne sig væk fra hinanden. På samme måde bliver rummet mellem galakser større, uden at galakserne selv vokser eller går i stykker.

Universet har ikke noget centrum – det ser ens ud, uanset hvor man befinder sig.

Edwin Hubble og opdagelsen af galakser

Astronomen og kosmologen Edwin Hubbles opdagelser er vigtige for rumforskningen. Han viste i 1920’erne, at vores galakse ikke er alene. Ved at studere særlige stjerner kunne han måle afstande og bevise, at der findes andre galakser i universet, selv om man ikke kunne se dem dengang.

Det var også Hubble som opdagede, at galakser bevæger sig væk fra os – og at de fjerneste bevæger sig hurtigst. Denne sammenhæng kaldes Hubbles lov og er den dag i dag et vigtigt bevis for, at universet udvider sig.