Galaksehopen XLSSC 122 ligger rundt 10,4 milliarder lysår fra jorden. Nye observasjoner fra NASAs James Webb-teleskop (JWST) viser at en uvanlig stor del av massen er samlet nær sentrum av hopen – på et tidspunkt da slike enorme strukturer fortsatt var i ferd med å bli dannet.

Resultatene fra tre studier ledet av forskere ved IPAC, Caltechs senter for astrofysikk og planetvitenskap, ble presentert 17. juni 2026 under en pressekonferanse på det amerikanske astronomiske selskapets 248. møte.

En uventet moden galaksehop

XLSSC 122 ble først identifisert i 2014 gjennom en røntgenkartlegging utført med Den europeiske romorganisasjonens romteleskop XMM-Newton. Senere observasjoner med Hubble-teleskopet bidro til å fastslå avstanden og viste at galaksehopen virket uvanlig utviklet for alderen sin.

Hopen eksisterte i den såkalte «kosmiske middagstiden», omtrent ti milliarder år tilbake i tid. Dette var perioden da stjernedannelsen i universet var på sitt mest intense. Galakser dannet stjerner med en hastighet som kunne være opptil 100 ganger høyere enn i dagens univers, samtidig som mindre galaksesystemer gradvis smeltet sammen til større strukturer.

XLSSC 122 så imidlertid ut til å ha nådd en bemerkelsesverdig moden tilstand. Den hadde allerede en størrelse og en ordnet struktur som vanligvis forbindes med galaksehoper i det langt eldre universet.

De nye målingene viser samtidig at en svært stor andel av massen er konsentrert i den sentrale delen. Ifølge standardmodeller for kosmologien skal massive strukturer vokse mer gradvis. Den sterke masseansamlingen gjør derfor XLSSC 122 vanskelig å forklare med modellene alene.

«XLSSC 122 er en av de første kjente hopene som ble dannet i universet, og massekonsentrasjonen stemmer ikke overens med forutsigelsene fra den kosmologiske modellen vår», sa Kyle Finner, forsker ved IPAC og førsteforfatter av den første studien.

Gravitasjonslinsen avslører massen

JWST avdekket også en spesiell geometrisk sammenstilling. XLSSC 122 ligger rett foran én eller flere enda fjernere galakser. Den sterke gravitasjonen fra galaksehopen bøyer og forvrenger lyset fra disse bakgrunnsgalaksene. Fenomenet kalles sterk gravitasjonslinsing.

Effekten kan sees som karakteristiske, buede lysbuer rundt sentrum av hopen. Ved å analysere disse buene kan astronomene beregne hvordan massen er fordelt, også den delen av massen som ikke kan observeres direkte.

«Da vi fikk de første JWST-bildene, sa vi: ‘Oi, se her – denne hopen gir opphav til sterk linseeffekt!’» sa Finner.

XLSSC 122 er nå den fjerneste galaksehopen der astronomer har observert sterk gravitasjonslinsing. Hubble-dataene hadde ikke gitt tydelige bevis på fenomenet, men JWST registrerte de karakteristiske lysbuene og ga de første overbevisende tegnene på at hopen bøyer lyset fra bakgrunnsgalakser.

«Før JWST kunne vi ikke studere det tidlige, fjerne universet så dypt», sa Finner.

Gravitasjonsforvrengningen skyldes i hovedsak mørk materie. XLSSC 122 inneholder synlige stjerner og glødende gass, men denne vanlige materien står bare for en liten del av linseeffekten. Det meste av forvrengningen kommer fra mørk materie – en usynlig form for materie som ikke kan registreres med lys, men som avsløres gjennom gravitasjonspåvirkningen den har på omgivelsene.

Forskere anslår at det finnes omtrent fem ganger så mye mørk materie som vanlig materie, som stjerner, planeter og gass består av. Den mørke materien bidrar til å holde galakser sammen og former det enorme nettverket av galaksegrupper, galaksehoper og kosmiske filamenter.

Ved å kartlegge hvordan den mørke materien var fordelt for milliarder av år siden, kan astronomene teste teorier om universets utvikling siden Big Bang, som fant sted for omtrent 13,8 milliarder år siden.

«Sterk linseeffekt er en måte å måle mørk materie på uten faktisk å se den», sa Finner. «Den gir oss en følsom mulighet til å teste de kosmologiske modellene våre.»

To former for gravitasjonslinsing gir et bredere bilde

I en annen studie analyserte forskergruppen XLSSC 122 ved hjelp av svak gravitasjonslinsing. Mens sterk linseeffekt skaper tydelige forvrengninger som lysbuene JWST har fanget opp, fører svak linseeffekt til langt mindre endringer i den tilsynelatende formen til fjerne galakser.

De svake effektene er vanskelige å oppdage enkeltvis. Astronomene bruker derfor statistiske metoder for å finne det samlede signalet. De to metodene utfyller hverandre: Sterk linseeffekt er særlig nyttig for å måle massen nær sentrum av hopen, mens svak linseeffekt gjør det mulig å kartlegge massen lenger ute.

«Svak gravitasjonslinsing gjør det mulig å begrense massefordelingen mye lenger fra sentrum. Dermed får man et bedre bilde av områdene rundt galaksehopen», sa Finner.

Da forskerne kombinerte disse målingene med røntgen- og radioobservasjoner fra andre teleskoper, konkluderte de med at XLSSC 122 fortsatt er i ferd med å smelte sammen. Galaksene beveger seg fortsatt nærmere hverandre mens hopen gradvis bygges opp.

Den bredere analysen bekreftet også at en uvanlig stor del av massen er samlet nær sentrum. Det er denne egenskapen som gjør hopen spesielt interessant i arbeidet med å forstå hvor raskt massive strukturer kunne dannes i det tidlige universet.

Et svakt stjernelys mellom galaksene

Den tredje og nyeste studien avdekket et annet viktig trekk ved XLSSC 122: et svakt lys fra stjerner som ikke lenger er bundet til enkeltgalakser.

Denne diffuse gløden kalles intraklynge-lys. Den kommer fra stjerner som er spredt i rommet mellom galaksene. JWST-observasjonene er den tidligste kjente påvisningen av slikt lys, og gir astronomene en ny måte å studere utviklingen av galaksehoper i det fjerne universet på.

Den brede fordelingen av lyset støtter konklusjonen om at XLSSC 122 fortsatt gjennomgår en sammensmelting. Når galakser påvirker hverandre og kolliderer, blir enkelte stjerner revet løs fra de opprinnelige galaksene og spredt gjennom hopen. I XLSSC 122 ser mange av disse stjernene ennå ikke ut til å ha samlet seg i det tette sentrale området.

Forskerne fant også en interessant sammenheng mellom de fritt bevegelige stjernene og den mørke materien. Nær sentrum av hopen stemmer formen på intraklynge-lyset tett overens med fordelingen av mørk materie, slik den er beregnet gjennom sterk gravitasjonslinsing.

Det kan bety at det svake stjernelyset mellom galaksene fungerer som en synlig markør for områder der den usynlige mørke materien er konsentrert. Dersom astronomene finner den samme sammenhengen i andre galaksehoper, særlig i hoper fra det tidlige universet, kan intraklynge-lys bli et nytt verktøy for å kartlegge mørk materie gjennom universets historie.

«I denne hopen følger intraklynge-lyset i praksis den mørke materien», sa Finner. «Dette lyset forteller oss at hopen er i ferd med å gjennomgå en sammensmelting.»

Vil lete etter flere unge galaksehoper

Finner og kollegene vil nå finne og undersøke flere titalls galaksehoper som ble dannet i tilsvarende tidlige perioder av universets historie. Det krever en arbeidsdeling mellom teleskoper med ulike egenskaper.

JWST er svært kraftig, men har et relativt smalt synsfelt. Teleskopet egner seg derfor best til detaljerte undersøkelser av utvalgte mål, ikke til å lete gjennom enorme områder av himmelen.

Astronomene må først identifisere lovende kandidater ved hjelp av røntgen- og radiokartlegginger over store områder, på samme måte som XLSSC 122 opprinnelig ble funnet.

En lovende metode bygger på Sunjajev–Zeldovitsj-effekten. Den oppstår når energirike partikler i galaksehoper sprer stråling fra den kosmiske mikrobølgebakgrunnen – den svake ettergløden fra Big Bang.

Samspillet kan skape karakteristiske områder som ser ut som «hull» i observasjoner av den kosmiske mikrobølgebakgrunnen. Ved å lete etter slike signaler kan astronomene finne galaksehoper som ellers ville vært vanskelige å oppdage.

Flere funn av objekter som ligner XLSSC 122, kan få stor betydning for kosmologien. Hvis også andre gamle galaksehoper viser seg å inneholde uventet konsentrert mørk materie og uvanlig modne strukturer, kan forskerne måtte revurdere enkelte grunnleggende antakelser om hvor raskt store kosmiske strukturer ble dannet.

Foreløpig er XLSSC 122 en viktig test av dagens modeller. Det trengs imidlertid et større utvalg objekter for å avgjøre om de uvanlige egenskapene er sjeldne unntak, eller del av en mer generell tendens i det tidlige universet.

«JWST-æraen er fortsatt bare i startfasen», sa Finner. «Hvis vi kan samle inn data om titalls eller hundrevis av slike objekter på dette stadiet i universets utvikling, kan vi virkelig begynne å teste de kosmologiske modellene våre på alvor.»