Stora smällen genljuder fortfarande i universum. Moln av gas och damm kollapsar runt sin egen gravitation och övergår i de brinnande infernon vi kallar stjärnor.
Runt dem, av det som återstår, bildas planeter. Ett stort moln av stjärnor, planeter och ytterligare gas och damm dras ihop av gravitationen i en väldig spiral. Under miljardtals år ansluter sig ett stort antal mindre moln, och slutligen uppstår en bula i spiralens mitt. Vintergatan är född.
Detta är den berättelse om galaxens barndom som de flesta astronomer känner till. Nyligen fick de emellertid en chock: Nya fynd av klotformiga stjärnhopar, uråldriga grupper av stjärnor, avslöjar en betydligt våldsammare – och överraskande – historia.
Många galaxer och deras stjärnor, planeter, gas och damm har slagits samman med enormt höga hastigheter. Dessa våldsamma kollisioner skapade Vintergatan i omvänd ordning jämfört med vad vi har trott: Bulan i mitten kom först.
De nya stjärnfynden kan till och med hjälpa astronomerna att bedöma sannolikheten för liv på planeter i andra solsystem.
En enda galax blir många fler
Vår sol är en av hundratals miljarder stjärnor som utgör Vintergatan, som också innehåller gas och damm. Vår galax kretsar runt andra galaxer i så kallade hopar, som i sin tur kretsar runt varandra i superhopar – universums största kända strukturer.
De senaste beräkningarna visar att det i cirka tio miljoner superhopar finns två biljoner galaxer i det synliga universum. Vi behöver dock inte gå särskilt långt tillbaka i historien för att forskarnas bästa gissning skulle vara att det bara fanns en enda galax.
För cirka hundra år sedan ansåg astronomerna att vår egen galax Vintergatan utgjorde hela universum.
Experter trodde att det i galaxen fanns stjärnor och planeter samt damm och gas samlat i nebulosor. Men år 1923 upptäckte Edwin Hubble nebulosor utanför Vintergatan och bevisade därmed att det finns fler galaxer.
Strax efteråt började astronomerna undersöka hur de många galaxerna bildats och varför de såg olika ut. Sedan år 1923 har de försökt lösa mysteriet med galaxernas födelse och utveckling genom att studera universums äldsta galaxer.
Spiralerna är universums vildingar
Spiralgalaxer som Vintergatan bildar flest nya stjärnor och är mer föränderliga än övriga galaxer. Astronomer delar in galaxerna i tre typer efter en modell skapad av Edwin Hubble.
Spiralgalaxer
Spiralgalaxer har mycket gas och damm i spiralarmarna. Där kan nya stjärnor bildas, vilket gör spiralgalaxer väldigt dynamiska.
Oregelbundna galaxer
Dessa galaxer har ingen fast form och kretsar ofta runt större galaxer. De innehåller betydligt färre stjärnor än andra typer av galaxer.
Elliptiska galaxer
Galaxer med denna form är de största astronomerna känner till. I elliptiska galaxer är många av stjärnorna mycket gamla.
Ljus visar galaxernas ungdom
Nästan all astronomi går ut på att samla ljus med teleskop och analysera varifrån det kommer, eller rättare sagt hur långt ljuset har färdats.
Ljusets hastighet är 299 792 458 meter per sekund och universum är så stort att det har tagit ljuset från avlägsna galaxer miljardtals år att nå våra teleskop. Ju längre astronomerna blickar ut i universum, desto längre tillbaka i tiden ser de.
Galaxer visar det förflutna
SPT0615-JD är en av de mest avlägsna galaxer som upptäckts. Ljuset från den sändes ut för 13,3 miljarder år sedan då universum var förhållandevis ungt: 500 miljoner år.
De äldsta galaxer som har upptäckts bildades bara några hundra miljoner år efter stora smällen, då universum blev till.
Universums första galaxer var små, men många av de galaxer som astronomer kan se i vårt grannskap i dag är mycket större.
Därför måste galaxerna ha växt med tiden.
Avlägsna galaxer är röda - nära galaxer är blå
Ju längre bort galaxer befinner sig, desto snabbare rör de sig bort från oss eftersom universum utvidgas. Ljus från avlägsna galaxer sträcks därmed ut till längre våglängder. Längre våglängder är röda, vilket innebär att ljuset övergår till rött.
Ljus från galaxer som närmar sig ”pressas ihop” till lägre våglängder och övergår då till blått, så kallad blå-förskjutning. Ett liknande fenomen får en ambulanssiren att låta ljusare när den närmar sig än när den har kört förbi.
Galaxerna finns i olika former. Vintergatan är en spiralgalax som hela tiden bildar nya stjärnor, i genomsnitt sju om året. Stjärnor bildas när moln av gas och damm samlas till klot med hög densitet.
Elliptiska galaxer bildar inte särskilt många nya stjärnor eftersom de inte innehåller lika mycket gas och damm.
Vintergatan är formad som ett stekt ägg med en central bula (gulan) omgiven av en stor, platt skiva (vitan). Vår egen stjärna, solen, och vårt solsystem befinner sig ungefär halvvägs ut i en av spiralarmarna.
I galaxens centrala delar är koncentrationen av stjärnor som störst och i dess mitt ligger ett stort svart hål vid namn Sagittarius A*, vars massa är drygt fyra miljoner gånger så stor som solens massa.
Det tar cirka 250 miljoner år för vårt solsystem att kretsa ett varv runt det svarta hålet. Forskarna har kartlagt alla dessa kännetecken, men vet fortfarande inte varför Vintergatan ser ut som den gör.
Kollisioner skapar särdrag
I dag tror man att kollisioner mellan galaxer är en del av förklaringen till Vintergatans form.
I början av år 2019 upptäckte forskare inom projektet LOFAR (Low-Frequency Array) 300 000 avlägsna galaxer.
Flera av dem var på väg att kollidera och bilda större galaxer. Forskarna tror att Vintergatan har växt på samma sätt.
250 miljoner år tar det för vårt solsystem att kretsa ett varv runt Vintergatans centrum.
Genom att registrera radiovågor från avlägsna delar av universum ska forskare nu försöka komma fram till om det även bland små, unga galaxer finns tecken på olikheter.
Sådana särdrag skulle kunna innebära att de större galaxer som bildas när små galaxer kolliderar också utvecklas på helt egna sätt.
Skillnader mellan små, unga galaxer skulle kunna ge oss en förklaring till den extrema mångfald av konstellationer som vi ser med våra moderna teleskop, och inte minst ett förslag på hur Vintergatans liv kan ha sett ut.
Andromeda närmar sig snabbt
I dag kan vi bara nätt och jämnt se Andromedagalaxen med blotta ögat, men om några miljarder år har den kommit nära nog för att uppta en stor del av natthimlen.
Galaxer kolliderar
Andromeda kolliderar med Vintergatan. Gaserna i de båda galaxerna kolliderar, vilket gör att väte pressas samman. Då bildas nya stjärnor.
Gasmöte bildar många stjärnor
De båda galaxernas gravitation har fört gasmolnen ännu närmare varandra, och stjärnbildningen är som störst. Nya stjärnor lyser blått – till skillnad från gamla, som är röda.
Galaxer slungas runt varandra
Galaxernas hastighet får dem att under en kort tid fara förbi varandra innan gravitationen drar till sig dem. Galaxerna sträcks då ut och förvrids.
Gas används och galaxer samlas
Galaxerna har nu använt det mesta av sin gas för att bilda stjärnor. De stora rörelserna bromsas in. Stjärnor och planeter samlas långsamt.
”Milkomeda” dör
Materialet från galaxerna har samlats till en enda stor galax, ”Milkomeda”. Det bildas inga fler stjärnor, vilket gör galaxen död i astronomisk mening.
Metaller visar galaxens ålder
Vintergatans mysterium kan inte lösas enbart genom att studera de små galaxerna. Där kan forskarna ”bara” komma fram till att Vintergatan troligen har blivit till genom galaxkollisioner, men man kan inte fördjupa sina resonemang.
För att astronomin ska kunna berätta hela Vintergatans historia – hur många kollisioner som har skapat den, när de har inträffat och hur det har skett – krävs en närmare titt på hur gamla olika delar av vår galax är.
När astronomer åldersbestämmer galaxer tittar de på när olika stjärnor har bildats. Det kan forskarna se på fördelningen av grundämnen i stjärnorna.
Stjärnor består huvudsakligen av väte och helium, men under deras liv bildas tyngre grundämnen, exempelvis metaller, i deras inre. När stjärnorna dör sprids metallerna i rymden och blir en del av nya stjärnor.
De första stjärnorna hade inga tunga grundämnen i det yttersta lagret, men nästa generation stjärnor hade små mängder metall där.
Sådana stjärnor kallas metallfattiga. Senare har det tillkommit alltfler tunga grundämnen, och de nyaste stjärnorna kallas metallrika stjärnor. Vår sol räknas som en metallrik stjärna.
Om det finns många metallfattiga stjärnor i en del av en galax är det med andra ord ett tecken på att galaxen är äldre än om den innehåller många metallrika stjärnor.
Stjärnhopar är levande fossil
Många av de metallfattiga stjärnor vi känner till finns i så kallade klothopar, ansamlingar av stjärnor som hålls ihop av gravitationen och som följs åt under sin livstid.
Eftersom de metallfattiga stjärnorna är väldigt gamla anser astronomerna att klothoparnas stjärnsamlingar är några av universums äldsta ”byggnadsverk”.
De nära sambanden mellan stjärnorna i klothopar har varit en guldgruva för galaxforskarna. Stjärnorna i hoparna har bildats vid samma tidpunkt, men de har olika massa.
På så sätt har forskarna kunnat kartlägga hur stjärnors utveckling hänger ihop med storleken.
Superteleskop ska hitta universums äldsta galaxer
Med ett nytt jätteteleskop kan vi studera betydligt mer avlägsna galaxer än i dag. Eftersom ljuset då har färdats under en längre tid kommer vi att kunna se galaxer tidigare i deras liv. Då kan vi få se universums äldsta galaxer.
ELT kan blicka längre ut i universum eftersom det med sin diameter på hela 39 meter registrerar betydligt svagare ljus än vad som är möjligt i dag.
ELT:s bilder kommer dessutom ha betydligt högre upplösning än andra teleskop. Forskarna hoppas kunna börja göra observationer med teleskopet år 2025.
Små stjärnor lyser rödaktigt och inte lika starkt, medan stora stjärnor lyser starkt och har ett blåaktigt sken.
Små, röda stjärnor lever längst, möjligtvis biljontals år. Universum är inte tillräckligt gammalt för att en liten röd stjärna ska ha hunnit dö. Röda klothopar är alltså det samma som gamla klothopar eftersom de blå stjärnorna dog för miljardtals år sedan.
När astronomer hittar klothopar med röda stjärnor har de upptäckt de äldsta delarna av en galax och kan avgöra om exempelvis bulan i mitten eller skivan runt bulan bildades först.
Därför beskriver forskare klothopar som universums levande fossil från galaxbildning. Vintergatan innehåller över 150 kända klothopar. Astronomerna vet att en del av Vintergatan bildades när gas och damm efter stora smällen kollapsade under gravitationens inverkan.
De 150 klothoparna roterar dock inte lika snabbt runt galaxens mitt, och vissa roterar i en något annorlunda vinkel. De hopar som följer skivan bildades tidigt tillsammans övriga Vintergatan.
Omvänt har de som inte följer med skivan tillkommit senare. Frågan är nu vilka delar av vår galax som bildades först.
Klothopen M80 befinner sig mellan vårt solsystem och Vintergatans mitt. M80 är en av de mest stjärntäta klothopar vi känner till.
Stjärngrupper avslöjar lugn och kaos i galaxernas historia
Klothopar är grupper av stjärnor som befinner sig så nära varandra att gravitationen håller ihop dem som en familj. De följs åt under hela sin livstid, och därför tror forskarna att de är några av universums äldsta stjärngrupperingar.
Det finns cirka 150 kända klothopar i Vintergatan, medan vår granngalax Andromeda har 500 kända klothopar. Det största antalet klothopar, totalt 10 000, har hittats i spiralgalaxen M87.
Klothoparnas rörelser kan användas av astronomer för att räkna ut storleken på en galax vid tidpunkten då hoparna började kretsa. Ju mindre en galax har varit, desto mer har hoparna kunnat påverka den. Klothoparnas riktning och hastighet visar också om det har inträffat kollisioner någon gång i galaxens historia.
Om galaxen har haft ett våldsamt liv med många kollisioner rör sig hoparna kaotiskt, men om galaxen har haft en lugnare utveckling är det mer troligt att de följer den övriga galaxens rörelser.
Hopar visar att bulan kom först
När astronomen Denilso Camargo nyligen visade bilder av fem nyfunna klothopar spetsade världens astronomer öronen.Samtliga klothopar ligger nära bulan i Vintergatans mitt.
Hoparna är mellan 12,5 och 13,5 miljarder år gamla, vilket innebär att alla deras stjärnor är metallfattiga. Det var överraskande, eftersom man normalt hittar denna typ av klothopar betydligt längre bort från Vintergatans centrum.
Metallfattiga klothopar i Vintergatans mitt tyder på att det inte var spiralarmarna utan den centrala bulan som bildades först. Bulan påminner om en liten elliptisk galax, så därför undersöker forskarna nu om Vintergatan kan ha börjat sitt liv med en annan form.
Nästa fråga är då hur den elliptiska galaxen föddes.
De nyfunna klothoparnas rörelser tyder på att flera galaxer har kolliderat och bildat ”Babyvintergatan”, som senare har fått spiralarmar och blivit den galax som vi känner till i dag.
Teorin motsäger vad astronomerna hittills har trott: Att Vintergatans yttre är en hopsmältning av små galaxer och att bulan har kommit till först senare.
De fem nya klothoparna tyder på ett mer kaotiskt förflutet för Vintergatan än vad forskarnas tidigare observationer har indikerat.
Liv i rymden äldre än jorden
Galaxernas utveckling är inte bara en fråga om hur stjärnor bildas och stora strukturer uppstår. Även livets förutsättningar står på spel. När det bildas nya stjärnor bildas nämligen också nya planeter.
De nya fynden av klothopar visar att stjärnbildning var vanligare för många miljarder år sedan. Därför kan forskarna anta att det även bildades fler planeter under denna tidiga period.
Fler planeter innebär också fler chanser för jordliknande planeter.
Om liv uppstår så snart en planet har förutsättningarna för det skulle majoriteten av livet utanför jorden (om det nu finns något sådant) med andra ord ha uppstått långt innan jorden blev till.
Dyk ned i astronomernas forskning om galaxer
LOFAR är ett gigantiskt antennsystem med vilket forskare analyserar radiovågor från rymden. Läs mer om projektet här: http://www.lofar.org/