MACS J0454.1-0300: Webbs billede af en gylden galaksehob, der bøjer lyset fra fjerne galakser

Den gyldne hob og de langstrakte orange buer

De gyldne galakser, der ligger spredt ud over billedet, hører til MACS J0454.1-0300. Vi ser hoben, som den så ud, da Universet var omkring 8 milliarder år gammelt, så lyset har været knap 6 milliarder år undervejs. Det tal har vi selv regnet ud (13,8 minus 8 giver 5,8); det kommer ikke fra ESA. De gyldne galakser er elliptiske, og den største og lyseste af dem ligger i midten.

Den gyldne tone har en fysisk forklaring, selv om farverne er valgt til billedet. Elliptiske galakser har kun lidt gas tilbage, som nye stjerner kan dannes af, så deres lys kommer mest fra gamle, kølige stjerner, og de udsender mere lys ved lange bølgelængder. Billedet er sat sammen af ti bånd fra 0,9 til 4,4 mikrometer, næsten alle i det infrarøde, og jo længere bølgelængden er, desto rødere er båndet vist. Derfor bliver den slags galakser gyldne.

De orange buer til venstre hører ikke til hoben. Det er langt fjernere galakser, og hobens tyngdekraft har forvrænget deres billeder til buer. Samtidig har rummets udvidelse strakt deres lys, så det når frem til os ved længere, rødere bølgelængder. Webb er langt mere følsom end Hubble over for den slags lys, og derfor viser billedet hundredvis af galakser, som man ikke kan se på et Hubble-billede af den samme hob fra 2014.

Sådan forstørrer en galaksehob, og hvor tallet 300 kommer fra

En galaksehob har en meget stor masse, og masse afbøjer lysets vej. Når en baggrundsgalakse, hoben og vi står tæt nok på linje, kan lyset fra galaksen nå frem til os ad flere afbøjede veje. Resultatet er buer og nogle gange flere billeder af det samme objekt. Fire eller flere billeder af én galakse kræver, at galaksen, hoben og vi står meget nøjagtigt på linje, og ifølge ESA/Webb sker det kun i 10–20 % af alle galaksehobe.

En gravitationslinse ændrer ikke kildens overfladelysstyrke, altså hvor lys hver del af den er, men den trækker kilden ud over et større område af himlen. Forstørrelsen er billedets areal divideret med kildens areal, så et billede med 300 gange så stort et areal giver os 300 gange så meget lys. Forstørrelsen er størst nær nogle linjer på himlen, som kaldes kritiske kurver. For en idealiseret, punktformet kilde giver teorien en ubegrænset forstørrelse dér. En virkelig kilde har en vis udstrækning, så dens forstørrelse bliver aldrig uendelig, og jo mindre kilden er, desto større kan forstørrelsen blive. Derfor gælder de højeste forstørrelser for små pletter og ikke hele galakser.

Tallet 300 kommer fra små, lyse pletter i de fjerne baggrundsgalakser, nogle af dem kun 5 lysår på tværs, og i nogle tilfælde ses de forstørret mere end 300 gange. Linsen gør det muligt for Webb at studere objekter, der er for svage til, at teleskopets spejl på 6,5 meter kunne opfange dem alene.

Hvad feltet viser, og hvad der venter

Feltet rummer flere billeder af galakser fra Universets ungdom: en gruppe, som vi ser 2 milliarder år efter Big Bang, og en enkelt galakse kun 800 millioner år efter. Gruppen ser ud til at være ved at smelte sammen, og det har tilsyneladende sat gang i et kraftigt udbrud af stjernedannelse. Forskerne fandt to tilfælde i MACS J0454.1-0300, hvor hoben og en galakse bag den står så nøjagtigt på linje, at vi ser fire eller flere billeder af den samme galakse. Det er første gang, så sjælden en opstilling er set mere end én gang i den samme hob.

Dataene kommer fra to programmer på Webb. Det ene, som ledes af L. Furtak (program 5058), søger i Universets første milliard år efter enkeltstjerner, hvis lys en gravitationslinse forstørrer. Her skal programmet overvåge én galakse bag hoben for at fange enkeltstjerner, der er forstørret enormt; det arbejde ligger endnu forude, og ESA/Webbs tekst til månedens billede nævner ingen resultater. Det andet program, som ledes af S. Fujimoto (program 6882), har til formål at observere et stort udvalg af galaksehobe ved mange bølgelængder for at undersøge, hvordan stjernedannelsen kom i gang i de tidlige galakser.

Hvor den står, og hvad du selv kan se

Hoben ligger i Orion ved rektascension 4h 54m og deklination −3° (himlens svar på længde- og breddegrad), lige syd for himlens ækvator, så den kan ses fra begge halvkugler. Fra Københavns breddegrad kommer den højst omkring 31° op over den sydlige horisont. I begyndelsen af december står den på himlen lige modsat Solen og når derfor sit højeste punkt omkring midnat.

At se den selv er en anden sag. Databasen SIMBAD angiver hobens lyseste galakse til magnitude 18,1 i det nærinfrarøde I-bånd, og ingen af hobens galakser er opført med en visuel magnitude (V), der er lysere end 19. Så svage galakser kan øjet ikke se gennem et amatørteleskop: Efter en almindelig tommelfingerregel når et 40 cm-teleskop ned til omkring magnitude 15, og et objekt på magnitude 19 er omkring 40 gange svagere. Buerne fra gravitationslinsen ses kun takket være Webbs følsomhed i det infrarøde, og intet okular vil vise dem.