eso1122fi — Tutkimustiedote

Etäisin havaittu kvasaari

29. kesäkuuta 2011

Ryhmä eurooppalaisia tähtitieteilijöitä on käyttänyt ESO:n VLT-teleskooppia ja joukkoa muita teleskooppeja havaitakseen ja tutkiakseen etäisintä tähän mennessä löydettyä kvasaaria. Tämä kahden miljardin Auringon massaisesta mustasta aukosta energiansa saava kirkas majakka on selvästi kirkkain tähän mennessä löydetyistä varhaisen maailmankaikkeuden kohteista. Tutkimustulokset julkaistaan Nature-tiedejulkaisun numerossa 30.6.2011.

"Tämä kvasaari on ratkaiseva varhaisen maailmankaikkeuden tietolähde. Se on hyvin harvinainen kohde, joka auttaa meitä ymmärtämään kuinka supermassiiviset mustat aukot kasvoivat ensimmäiset muutama sata miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen," sanoo Stephen Warren, tutkimusryhmän johtaja.

Kvasaarit ovat hyvin kirkkaita kaukaisia galakseja, joiden uskotaan saavan energiansa niiden keskustoissa olevista supermassiivisista mustista aukoista. Ne ovat kirkkautensa johdosta mahtavia majakoita, jotka auttavat meitä tutkimaan ensimmäiset tähdet ja galaksit synnyttänyttä aikakautta. Vast'ikään löytynyt kvasaari on niin kaukana meistä, että sen valo kertoo meille osittain reionisaatioaikakaudesta [1].

Vast'ikään löytynyt kvasaari, nimeltään ULAS J1120+0641 [2], nähdään sellaisena kuin se oli vain 770 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen (punasiirtymällä 7.1, [3]). Sen valolta kesti 12.9 miljardia vuotta saavuttaa meidät.

Vaikkakin vieläkin etäisempiä kohteita on löytynyt (kuten gammapurkaus punasiirtymällä 8.2, eso0817, ja galaksi punasiirtymällä 8.6, eso1041), vast'ikään löytynyt kvasaari on satoja kertoja näitä kirkkaampi. Niistä kohteista, jotka ovat riittävän kirkkaita yksityiskohtaiseen tutkimukseen, tämä on selvästi etäisin.

Seuraavaksi etäisin kvasaari nähdään sellaisena kuin se oli 870 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen (punasiirtymällä 6.4). Etäisempiä samanlaisia kohteita ei voida havaita näkyvän valon kartoituksissa koska niiden valo, joka on venynyt maailmankaikkeuden laajenemisen myötä, saapuu Maapallolle pääasiassa spektrin infrapuna-alueella. Tämän ongelman ratkaisemiseksi suunniteltiin eurooppalainen syvän taivaan infrapunatutkimus UKIDSS, joka käyttää Iso-Britannian tähän omistettua infrapunateleskooppia [4] Havaijilla. Tutkimusryhmä kävi läpi miljoonia kohteita UKIDSS-tietokannassa löytääkseen ne, joiden joukossa pitkään etsityt etäisimmät kvasaarit olisivat. Lopulta he onnistuivat.

"Meiltä kesti viisi vuotta löytää tämä kohde," selittää Bram Venemans, yksi tutkimuksen kirjoittajista. "Me etsimme kvasaaria, jonka punasiirtymä olisi suurempi kuin 6.5. Näin kaukainen, jonka punasiirtymä on suurempi kuin 7, oli jännittävä yllätys. Kurkistamalla syvälle reionisaatioaikakauteen tämä kvasaari tarjoaa ainutkertaisen mahdollisuuden tutkia aiemmin ulottaviltamme suljettua 100 miljoonan vuoden jaksoa kosmoksen historiassa."

Kvasaarin etäisyys määritettiin ESO:n VLT-teleskoopin FORS2-instrumentilla ja Genimi North Telescope'n [5] instrumenteilla tehdyistä havainnoista. Koska kohde on suhteellisen kirkas, on mahdollista kuvata sen spektri (joka käsittää kohteesta tulevan valon jakamisen eri värien mukaisiin osiinsa). Tämä tekniikka sallii tähtitieteilijöiden saada varsin paljon selville kvasaarista.

Nämä havainnot osoittivat, että ULAS J1120+0641:n keskellä olevan mustan aukon massa on noin kaksi miljardia Auringon massaa. Näin suuri massa on vaikea selittää niin pian alkuräjähdyksen jälkeen. Tämänhetkiset supermassiivisten mustien aukkojen kasvuteoriat ennustavat hidasta massan kertymää tiiviiden kohteiden kerätessä materiaa ympäristöstään.

"Uskomme, että taivaalla on vain noin 100 kirkasta kvasaaria, joiden punasiirtymä on suurempi kuin 7," päättelee Daniel Mortlock, julkaisun pääkirjoittaja. "Tämän kohteen löytäminen vaati huolellista tutkimusta, mutta oli vaivan väärti selvittää joitakin varhaisen maailmankaikkeuden mysteereistä."

Lisähuomiot

[1] Noin 300 000 vuotta 13.7 miljardia vuotta sitten tapahtuneen alkuräjähdyksen jälkeen maailmankaikkeus oli jäähtynyt riittävästi, jotta elektronit ja protonit yhdistyivät neutraaliksi vedyksi (kaasuksi ilman sähkövarausta). Tämä viileä, pimeä kaasu täytti maailmankaikkeuden kunnes ensimmäiset tähdet alkoivat muodostua noin 100-150 miljoonaa vuotta myöhemmin. Niiden voimakas ultraviolettisäteily jakoi hiljalleen vetyatomit takaisin protoneiksi ja elektroneiksi prosessissa, jota kutsutaan reionisaatioksi, tehden maailmankaikkeuden läpinäkyvämmäksi ultraviolettivalolle. Tämän ajanjakson ajatellaan sijoittuneen aikaan noin 150 - 800 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen.

[2] Kohde löytyi käyttäen aineistoa UKIDSS:n suuren alueen kartoituksesta (UKIDSS Large Area Survey, eli ULAS). Numerot ja etuliite J viittaavat kvasaarin sijaintiin taivaalla.

[3] Koska valo kulkee äärellisellä nopeudella, tähtitieteilijät katsovat ajassa taaksepäin katsoessaan kauemmas maailmankaikkeudessa. Valolta kesti 12.9 miljardia vuotta matkustaa kvasaarista ULAS J1120+0641 Maapallon teleskooppeihin, joten kvasaari nähdään sellaisena kuin se oli maailmankaikkeuden ollessa 770 miljoonan vuoden ikäinen. Noiden 12.9 miljardin vuoden aikana maailmankaikkeus laajeni ja kohteen valo veny sen seurauksena. Kosmologinen punasiirtymä, jota kutsutaan yksinkertaisesti vain punasiirtymäksi, on maailmankaikkeuden kokonaisvenymä valon liikkellelähdön ja sen havaitsemisen välisenä aikana.

[4] Iso-Britannian infrapunateleskooppin UKIRT (United Kingdom Infrared Telescope) omistaa Iso-Britannian tiede- ja teknologiakeskusten neuvosto (Science and Technology Facilities Council) ja sitä käyttää Joint Astronomy Centre:n henkilökunta Hilossa, Havaijilla.

[5] FORS2 on VLT-teleskoopin polttoväliä lyhentävä ja matalan dispersion spektrograafi (FOcal Reducer and low dispersion Spectrograph). Muut kohteen valon hajottaneet instrumentit olivat Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) ja Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS). Liverpool-teleskooppia, Isaac Newton -teleskooppia ja UKIRT-teleskooppia käytettiin myös vahvistamaan kartoituksen mittauksia.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tiedejulkaisussa Nature-julkaisusarjan numerossa 30.6.2011.

Tutkimusryhmään kuuluvat: Daniel J. Mortlock (Imperial College London [Imperial], Iso-Britannia), Stephen J. Warren (Imperial), Bram P. Venemans (ESO, Garching, Saksa), Mitesh Patel (Imperial), Paul C. Hewett (Institute of Astronomy [IoA], Cambridge, Iso-Britannia), Richard G. McMahon (IoA), Chris Simpson (Liverpool John Moores University, Iso-Britannia), Tom Theuns (Institute for Computational Cosmology, Durham, Iso-Britannia ja University of Antwerp, Belgia), Eduardo A. Gonzáles-Solares (IoA), Andy Adamson (Joint Astronomy Centre, Hilo, USA), Simon Dye (Centre for Astronomy and Particle Theory, Nottingham, Iso-Britannia), Nigel C. Hambly (Institute for Astronomy, Edinburgh, Iso-Britannia), Paul Hirst (Gemini Observatory, Hilo, USA), Mike J. Irwin (IoA), Ernst Kuiper (Leiden Observatory, Alankomaat), Andy Lawrence (Institute for Astronomy, Edinburgh, Iso-Britannia), Huub J. A. Röttgering (Leiden Observatory, Alankomaat).

ESO, Euroopan eteläinen observatorio, on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 15 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla Very Large Telescope (VLT), maailman kehittynein näkyvää valoa havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, ja kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja on maailman suurin kartoitusteleskooppi. VLT Survey Telescope on suurin vartavasten taivaan näkyvän valon kartoitukseen suunniteltu teleskooppi. ESO on maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, vallankumouksellisen ALMA-teleskoopin eurooppalainen yhteistyökumppani. Parhaillaan ESO suunnittelee 40-metrin kokoluokan optisen/lähi-infrapuna-alueen European Extremely Large -teleskooppia (E-ELT) josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

Yhteystiedot

Jari Kotilainen
Suomen ESO-keskus
Piikkiö, Finland
Puh.: +358 (0)2 333 8250
Sähköposti: jarkot@utu.fi

Daniel Mortlock
Astrophysics Group, Blackett Laboratory, Imperial College London
London, United Kingdom
Puh.: +44 20 7594 7878
Sähköposti: d.mortlock@imperial.ac.uk

Bram Venemans
ESO Astronomer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6631
Sähköposti: bveneman@eso.org

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Sähköposti: rhook@eso.org

Tämä on ESOn lehdistötiedotteen käännös eso1122.
Bookmark and Share

Tiedotteesta

Tiedote nr.:eso1122fi
Nimi:ULAS J1120+0641
Type:• Early Universe : Galaxy : Activity : AGN : Quasar
Facility:Very Large Telescope
Science data:2011Natur.474..616M

Kuvat

An artist’s rendering of the most distant quasar
An artist’s rendering of the most distant quasar
Englanniksi
The most distant quasar
The most distant quasar
Englanniksi
Wide-field view of the sky around the most remote quasar
Wide-field view of the sky around the most remote quasar
Englanniksi

Videot

ESOcast 32: Most Distant Quasar Found
ESOcast 32: Most Distant Quasar Found
Englanniksi
Zooming in on the most distant quasar found so far
Zooming in on the most distant quasar found so far
Englanniksi
A 3D animation of the most distant quasar
A 3D animation of the most distant quasar
Englanniksi

Katso myös