Dette teleskopet ser lys som har reist mot oss i over 13 milliardar år

Guiana Space Centre, Fransk Guyana, første juledag i 2021. 

Romteleskopet James Webb Space Telescope blir skutt opp med kurs for Lagrange-punktet L2, halvannen million kilometer fra jorden.

Langt der ute i rommet, der gravitasjonskreftene fra jorden og solen opphever hverandre, går teleskopet i bane rundt solen. 

Det er det største som noen gang er plassert ut i rommet. 

Teleskopet omtales som en tidsmaskin

Hundre ganger kraftigere enn Hubble-teleskopet og med en sensitivitet for infrarød stråling ingen andre teleskoper er i nærheten av.

Infrarød stråling er også lys, men ikke lys vi kan se med øyet. Forskjellen ligger i bølgelengde.

Webb-teleskopet omtales som en tidsmaskin. Ved å fange opp bølger i det infrarøde spekteret kan teleskopet se 13,5 milliarder år tilbake i tid. 

Nesten helt tilbake til universets fødsel.

– Den første overraskelsen Webb-teleskopet ga oss var at de fjerneste galaksene, altså de eldste, var tilsynelatende mye større enn de skulle være. Det var mer stjerner enn det var atomer nok til å lage, sier romforsker Håkon Dahle.

At det finnes så mye av disse tunge grunnstoffene bare 280 millioner år etter Big bang er ganske overraskende. Vi ser også at mengdeforholdet er annerledes i disse unge galaksene enn det vi finner i galakser som har eksistert i milliarder av år, sier Håkon Dahle. Han er forsker i kosmologi og ekstragalaktisk astronomi ved Universitetet i Oslos Institutt for teoretisk astrofysikk. (Foto: Universitetet i Oslo)

Universet var mindre, tettere og varmere før

Han sier tilsynelatende, for etter hvert fant de en forklaring på fenomenet.

– Når vi skal beregne hvor mye masse det er i stjerner, ser vi på hvor mye lys som sendes ut, og så konverterer vi det til masse. Da må vi gjøre en antagelse om stjernene som er i galaksen, sier forskeren.

Det kan være mange små lette stjerner, men lyset vil domineres av de som er store og tunge, forklarer Dahle.

– Så om miksen er annerledes enn det vi forutsetter, kan det være forklaringen. Da er massen mye mindre, forklarer Dahle.

Det er egentlig ikke så overraskende, ifølge romforskeren.

– Tilbake i den tiden var universet mye mindre, og mye tettere og varmere enn i dag. Pluss at det inneholdt mindre grunnstoffer som var tyngre enn hydrogen og helium.

Alle andre grunnstoffer er bygd opp av hydrogen og helium gjennom fusjonsprosesser inne i stjerner, forklarer Dahle.

– Så når vi ser tilbake i tid, regner vi med å finne færre av de tyngre grunnstoffene.

Får atmosfæren blåst bort

Og nå kommer vi til overraskelse nummer to. 

Da teleskopet fanget opp lys fra galakser som eksisterte 280 millioner år etter Big Bang, kunne fagfolk se spor av både karbon og oksygen, grunnstoffer som er flere ganger tyngre enn hydrogen og helium.

– At det finnes så mye av disse grunnstoffene bare 280 millioner år etter Big bang er ganske overraskende. Vi ser også at mengdeforholdet er annerledes i disse unge galaksene enn det vi finner i galakser som har eksistert i milliarder av år. De inneholder mye mer nitrogen i forhold til oksygen enn det som er vanlig i dag, sier Dahle.

Forklaringen kan ligge i en type stjerner kalt Wolf-Rayet-stjerner. Dette er ekstremt varme, massive og lyssterke stjerner i en sen fase av utviklingen, vanligvis rett før de ender som supernovaer.

– De kjennetegnes av en svært kraftig stjernevind som blåser bort de ytre, hydrogenrike lagene og avdekker en varm kjerne rik på helium, nitrogen og karbon. Når kappen av hydrogen forsvinner, slynges disse tyngre grunnstoffene ut i omgivelsene, sier forskeren.

Små røde prikker i universet, oppdaget av James Webb Space Telescope. Nå tror forskerne de mystiske prikkene er gigantiske «sort hull-stjerner». (Foto: NASA, ESA, CSA, STScI, Dale Kocevski (Colby College))

Mystiske prikker

En tredje overraskelse er oppdagelsen av små røde prikker i verdensrommet.

– Dette er en ny type objekter som vi ikke kjente til før. Vi ser dem i alle retninger. De er ikke av de eldste tingene, vi snakker om 500 millioner til en milliard år etter Big bang. Hadde du spurt meg for et år siden ville jeg sagt at dette kunne være galaksekjerner, sier Dahle.

Alle galakser har et sort hull i kjernen, og når det faller gass inn mot det sorte hullet begynner det å lyse.

– Vi trodde de røde prikkene var en variant av dette, der det var så mye støv at det så rødt ut. Men det er ikke hele historien. For om det var støv der som ble varmet opp, så ville vi forventet at det sendte ut infrarød stråling, altså varmestråling. Og i noen tilfeller fant vi ikke det.

Når de så mer nøye på spekteret, så de i noen tilfeller noe som så ut som lys fra relativt kalde stjerner.

– Men det ligner ikke helt på det heller. Så forklaringen vi heller til nå, er at det er et sort hull med gass rundt som er så varm og tett at den lukker seg rundt hullet. En slags «sort hull-stjerne».

Forklarer tidlige supermassive sorte hull

Dette er ikke stjerner slik vi kjenner dem. En slik «sort hull-stjerne» kapslet inn i en gasskule kan være større enn hele vårt solsystem.

– De er kjempestore. Og inni disse kan det sorte hullet vokse ganske raskt, sier Dahle.

Det kan forklare noe som fagfolk har klødd seg i hodet over før Webb ble skutt opp, nemlig at vi ser supermassive sorte hull ganske tidlig i universets historie, allerede en milliard år etter Big Bang:

Slik kan eksoplaneten GJ 1214 b se ut. Dette er en varm “mini-neptun” som befinner seg omtrent 48 lysår fra jorden. Tidligere spektroskopiske observasjoner viser at planeten er innhyllet i aerosoler (skyer eller dis), noe som hittil har gjort det umulig å fastslå hvilke gasser atmosfæren består av. (Illustrasjon: NASA, ESA, CSA, Dani Player (STScI))

– Disse objektene kan være en del av forklaringen, siden de kan vokse så fort, sier forskeren.

– Webb-teleskopet har lært oss mye om vår posisjon i universet. Vi trodde at solsystemet vårt var ganske typisk, men det er det sannsynligvis ikke, sier Vincent Kofman. Han er forsker ved Universitetet i Oslos Senter for planetær beboelighet. (Foto: Privat)

Men Webb-teleskopet brukes ikke bare til å forske på eldgamle galakser, fenomener milliarder av lysår unna og mystiske sorte hull-stjerner.

Leter etter liv

«Mulig beboelig planet oppdaget i nytt solsystem». «Astronomer har oppdaget mulig tegn til liv på fjern planet». Slike overskrifter har vi sett flere ganger i media de siste årene.

– Et av de store temaene for Webb-teleskopet er å utforske eksoplaneter, forteller forsker Vincent Kofman.

Det er 30 år siden Michel Mayor og Didier Queloz oppdaget eksoplaneten 51 Pegasi b, den første kjente planeten som gikk i bane rundt en «ekte» sol, altså en sol-lignende stjerne. 

Nå er det funnet nær 6000 slike planeter, men antagelig inneholder universet milliarder av dem.

– Store planeter som ligger nært stjernen sin er de enkleste å studere. Og planeter som passerer rett foran stjernen, ettersom vi kan se skyggen deres når de passerer. Dermed er det en overvekt av slike store, stjernenære planeter som blir oppdaget, sier Kofman.

Finner planeter med skyer

Når en slik planet passerer forbi stjernen sin, vil noe av lyset fra stjernen absorberes av planetens atmosfære. Om den har en. 

Oppdagelsen av planeten K2-18, gjort ved hjelp av Keppler-teleskopet i 2015, har blitt omtalt som et mulig gjennombrudd i jakten på utenomjordisk liv, der den sirkler rundt en liten rød dvergstjerne i akkurat passe avstand til den kan ha flytende vann, en forutsetning for liv. Med Webb-teleskopet har man kunnet studere planeten i detalj. K2-18b ligger 120 lysår fra jorden. (Illustrasjon: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI))

Teleskopet måler lyset fra stjernen, både før planeten passerer og mens den passerer. Forskjellen i lysspekteret sier noe om hvilke stoffer som finnes i atmosfæren, ettersom det er disse som absorberer lyset.

– På denne måten har vi funnet ulike molekyler i atmosfærene til eksoplaneter. Vi har funnet vann, metan, karbondioksid og til og med hydrogensulfid. Vi finner også tegn på at noen planeter er dekket av skyer eller smog. Det er fascinerende, sier Kofman.

Men det er flere måter man kan betrakte planetene på.

En lyskurve fra NASAs James Webb Space Telescope sitt instrument NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) viser hvordan lysstyrken fra stjernesystemet WASP-39 endrer seg over tid mens planeten passerer foran stjernen. (Illustrasjon: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI))

– Om stjernen og planeten er passe langt fra hverandre, kan vi studere det reflekterte lyset fra planeten. Om planeten er veldig varm, kan vi måle planetens eget lys, sier Kofman.

Den varmeste siden av planeten vil være den som er vendt mot stjernen, og vi kan se at lyset fra planeten endrer seg etter hvert som den går rundt stjernen og vender den kalde siden mot oss, utdyper han.

Gjennom slike studier har forskerne oppdaget at planetene i andre solsystemer er ganske annerledes enn våre «egne» planeter, som Jorda, Jupiter, Venus og Mars.

– Webb har lært oss mye om vår posisjon i universet. Vi trodde at solsystemet vårt var ganske typisk, men det er det sannsynligvis ikke, sier Kofman.

Stjernenes hemmeligheter  – lærebøkene må skrives om

Dette bildet av gasskjempe-eksoplaneten Epsilon Indi Ab ble tatt med koronografen på NASAs James Webb Space Telescope, ved hjelp av instrumentet MIRI (Mid-Infrared Instrument). Et stjernesymbol markerer posisjonen til vertsstjernen Epsilon Indi A, hvis lys er blokkert av koronografen. Dette skaper den mørke sirkelen som er markert med en stiplet hvit linje. Epsilon Indi Ab er en av de kaldeste eksoplanetene som noen gang er direkte avbildet. Lys ved 10,6 mikrometer er gjengitt som blått, mens lys ved 15,5 mikrometer er gjengitt som oransje. MIRI klarte ikke å oppløse selve planeten, som derfor fremstår som en punktkilde. (Foto: NASA, ESA, CSA, STScI, Elisabeth Matthews (MPIA))

Oppdagelsen av gigantiske gassplaneter, mange ganger større enn Jupiter og veldig nært stjernen, gjør at lærebøkene må skrives om. 

Og i studier av mindre planeter, såkalte «mini-neptuner» ettersom de er mindre enn Neptun (men større enn Jorden), finner man planeter med en atmosfære dominert av stoffer som er alt annen enn hydrogen og helium.

Ennå har ikke Webb-teleskopet gitt oss en planet vi med sikkerhet kan si at er beboelig, og enda er det mye metodikk som må forbedres. 

Forskerne hadde for eksempel store forventninger til teleskopet og studier av de jordlignende planetene til Trappist 1-stjernen. Men observasjonene viser at stjernen ikke lyser jevnt og trutt, slik vår sol gjør. 

I stedet er den veldig aktiv og varierende. Det skaper støy – man kan ikke vite om variasjonen i lyset kommer av planeten eller stjernen.

– Vi trodde det ville være nok å se planetene passere mange ganger, for å si hva som var støy og hva som var ekte signal, men så enkelt er det ikke. Det viser at vi må vite mer om forskjellige typer stjerner. Vi kjenner dem ikke godt nok. Og det er det som gjør vitenskap så gøy. Det er alltid overraskelser, sier Kofman.

Referanse:

T.E. Rivera-Thorsen mfl.: The Sunburst Arc with JWST - I. Detection of Wolf-Rayet stars injecting nitrogen into a low-metallicity, z = 2.37 proto-globular cluster leaking ionizing photons. Astronomy and Astrophysics, 2024. Doi.org/10.1051/0004-6361/202450359

Néstor Espinoza and Marshall Perrin: Highlights from Exoplanet Observations by the James Webb Space Telescope. Earth and Planetary Astrophysics, 2025. Doi.org/10.48550/arXiv.2505.20520