Kosmisk infrarød stråling gir oss et bilde av alt som har foregått i universet fra noen hundre tusen år etter The Big Bang og fram til nå. Men støv i vårt eget solsystem sender ut lys på akkurat de samme bølgelengdene og forstyrrer bildet.
Nå skal forskerne bruke historiske data fra en rekke ulike teleskoper for å få et klart bilde av hva som er støv og hva som faktisk er stråling fra verdensrommet utenfor vår egen galakse.
– Målet vårt er først og fremst å lage kart over alle infrarøde galakser i hele universet, fra de aller første galaksene og frem til i dag, sier forsker Duncan Watts ved UiOs Institutt for teoretisk astrofysikk.
Med kart som viser den kosmiske infrarøde bakgrunnsstrålingen vil forskerne kunne avgjøre når og hvor galaksene ble dannet, og hvilke fysiske prosesser som ligger bak. Men forskningen vil også bidra til viten om vår egen lokale galakse, Melkeveien, og vårt eget solsystem.
– For å kunne lage disse kartene, vil vi kartlegge den interplanetariske støvskyen som omhyller solsystemet vårt. Det innebærer å forstå hvordan asteroider, kometer og andre mindre objekter bidrar til denne strålingen, sier Watts.
Stråling fra tidenes morgen
Infrarød stråling, eller infrarødt lys, er elektromagnetisk stråling med bølgelengder mellom 0,7 mikrometer og 1 millimeter. Mens stjernene vi ser på himmelen er så varme at de sender ut synlig, høyfrekvent hvitt lys, vil objekter som har lavere temperaturer sende ut infrarødt, usynlig lys.
I dag, 13,7 milliarder år etter universets fødsel og The Big Bang, er verdensrommet fylt av nedkjølt støv som sender ut slikt infrarødt lys. Dette er støv som stammer fra dannelsen av stjerner og galakser fra tidenes morgen og fram til i dag. Watts sammenligner det med det svake lyset fra restene av et bål som ligger og gløder. Kosmologene kaller det CIB – kosmisk infrarødt bakgrunnslys.
– Om vi ser på det store bildet, så kan vi fortsatt se lyset fra The big bang. Rett etter The big bang var all massen så tett pakket sammen at lyset ikke kunne unnslippe, men etter omtrent 300.000 år hadde universet utvidet seg nok til at lyset kunne slippe ut, forklarer Watts.
Siden den gang har dette lyset fortsatt å spre seg gjennom verdensrommet. Etter hvert som tiden har gått har lyset, takket være universets stadige utvidelse, blitt strukket ut i stadig lengre bølgelengder – det har blitt rødere. De aller første lysbølgene som slapp ut etter The Big Bang er nå faktisk blitt til mikrobølger, med bølgelengder på flere centimeter.
Den svake bakgrunnsstrålingen
Det infrarøde lyset som Watts er interessert i, stammer dermed fra hendelser en stund etter The Big Bang. Fra da de første stjernene ble dannet, og de første galaksene tok form.
The Infrared Astronomical Satellite (IRAS) mission kartla hele himmelen ved bølgelengder fra 8 til 120 mikrometer i fire bredbånds fotometriske kanaler med sentralbølgelengder på 12, 25, 60 og 100 mikrometer.
Etter 10 måneder ble IRAS avsluttet 21. november 1983.
AKARI (tidligere kjent som ASTRO-F eller IRIS) var Japans andre romferd for infrarød astronomi. En himmelundersøkelse med mye bedre følsomhet, romlig oppløsning og bredere bølgelengdedekning. AKARI hadde et 68,5 cm teleskop nedkjølt til 6K og observerte i bølgelengdeområdet fra 1,7 (nær-infrarød) til 180 (fjern-infrarød) mikrometer.
AKARI ble plassert i en solsynkron polar bane i en høyde på omtrent 750 km. Driften ble avsluttet i november 2011.
The Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer (SPHEREx) er et planlagt toårig oppdrag som vil undersøke himmelen i både optisk og nær-infrarødt lys.
Den vil utføre en himmelundersøkelse for å måle nær-infrarøde spektre fra omtrent 450 millioner galakser.
Hvert halvår vil SPHEREx undersøke hele himmelen ved hjelp av teknologi tilpasset fra jordsatellitter og interplanetariske romfartøy. Oppdraget vil lage et kart over hele himmelen i 96 forskjellige fargebånd, og langt overgå den fargeoppløsningen tidligere himmelkart har hatt.
SPHEREx er planlagt å bli skutt opp 27. februar 2025.
– Det meste av forskning på tidlige galakser har dreid seg om å se på en og en galakse om gangen. Men bruker man kun ett teleskop, som Hubble-teleskopet, vil det ofte være så mange galakser i synsfeltet at de legger seg oppå hverandre. De lar seg ikke skille fra hverandre, sier Watts.
Forskningsgruppen Watts jobber med ved Universitetet i Oslo har nå fått til sammen 1,5 millioner euro, nær 18 millioner kroner, fra EUs forskningsråd til prosjektet Origins, som skal skille de ulike galaksene fra hverandre. Og ikke minst, skille stråling fra verdensrommet fra stråling fra støvet i vår egen galakse.
– Det største problemet med måling av kosmisk infrarød bakgrunnsstråling, er at strålingen er ganske svak, samtidig som vi lever inne i vårt eget solsystem, inne i Melkeveien, som også er fylt av slik kaldt, glødende støv, forklarer Watts.
Følger galakser gjennom kosmisk tid
Den beste måten å skille ut Melkeveien og støvet i vårt eget solsystem fra resten av universet, er derfor å bruke mange ulike datasett fra forskjellige teleskoper og sette dem sammen i en felles modell, mener Watts. Han vil derfor bruke historiske data fra blant annet JAXAs AKARI-satellitt, NASAs IRAS-satellitt og den kommende SPHEREx, som vil være i funksjon fra neste år.
– Disse datasettene dekker flere tiår med romobservasjoner, og har så langt bare blitt analysert hver for seg. Nå vil vi sette dataene sammen i et felles rammeverk. Det har aldri blitt gjort før, sier Watts.
Om forskerne lykkes, vil de kunne presentere tredimensjonale kart over verdensrommet for ulike tidsepoker. På den måten kan man studere utviklingen av universet gjennom tid.
– Noe av det som interesserer meg mest er å kunne se hvordan lysstyrken fra galaksene endrer seg over tid. Forskere har gjort dette før, med svært følsomme instrumenter, men de har kun sett på veldig små områder om gangen. Det vi kommer til å gjøre er å lage kart over praktisk talt hele himmelen, og så dele det opp i ulike tidsepoker. Slik skal vi kunne følge galakser som danner seg gjennom den kosmiske tiden, sier Watts.
