eso1143fi — Tutkimustiedote

VLT-teleskoopin havainnot gammapurkauksista paljastivat yllättäviä ainesosia varhaisissa galakseissa

2. marraskuuta 2011

Kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä on käyttänyt kaukaisen gammapurkauksen lyhyttä mutta kirkasta valoa tutkiakseen hyvin kaukaisten galaksien koostumusta. Yllättäen ESO:n VLT-teleskoopilla tehdyt uudet havainnot ovat paljastaneet nuoressa maailmankaikkeudessa kaksi galaksia, joissa on Aurinkoa enemmän raskaita alkuaineita. Nämä kaksi galaksia saattavat olla sulautumassa yhteen. Tällaiset tapahtumat varhaisessa maailmankaikkeudessa kiihdyttävät lukuisten uusien tähtien muodostumista ja saattavat laukaista gammapurkauksia.

Gammapurkaukset ovat maailmankaikkeuden kirkkaimpia räjähdyksiä [1]. Maata kiertävät observatoriot huomaavat ne ensimmäiseksi havaitsemalla ensimmäisen lyhyen purkauksen gammasäteitä. Kun niiden sijainnit on selvitetty, aletaan niitä välittömästi tutkia maanpäällisillä teleskoopeilla, jotka voivat havaita purkauksien seuraavien tuntien ja päivien aikana säteilemän näkyvän valon ja infrapunavalon jälkihehkun. Yhden sellaisen purkauksen, nimeltään GRB 090323 [2], havaitsi ensimmäiseksi NASA:n Fermi-gammasädeavaruusteleskooppi. Hyvin pian sen jälkeen sen sai tähtäimeensä NASA:n Swift-satelliitin röntgenhavaintolaite ja Chilessä sijaitsevan MPG/ESO:n 2.2-metrin teleskoopin GROND-järjestelmä (eso1049). Sitten sitä tutki järjestelmällisesti ESO:n VLT-teleskooppi vain päivä räjähdyksen jälkeen.

VLT:n havainnot osoittavat, että gammapurkauksen kirkas valo oli kulkenut sen oman isäntägalaksin ja toisen lähellä sijaitsevan galaksin halki. Nämä galaksit nähdään sellaisina kuin ne olivat noin 12 miljardia vuotta sitten [3]. Sellaiset etäiset galaksit nähdään hyvin harvoin gammapurkauksen hohteessa.

"Kun tutkimme tämän gammapurkauksen valoa emme tienneet mitä saattaisimme havaita. Oli yllätys, että näiden varhaisen maailmankaikkeuden kahden galaksin viileän kaasun kemiallinen koostumus osoittautuisi näin odottamattomaksi," selittää Sandra Savaglio (Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Saksa), uusia tuloksia selittävän tutkimusjulkaisun pääkirjoittaja. "Näissä galakseissa on enemmän raskaita alkuaineita kuin olemme milloinkaan nähneet niin varhaisessa vaiheessa maailmankaikkeuden kehitystä. Emme odottaneet maailmankaikkeuden olevan niin varttunut, niin kemiallisesti kehittynyt, niin aikaisin."

Gammapurkauksen valon kulkiessa galaksien läpi niiden kaasu toimii suotimena absorboiden osan gammapurkauksen valosta tietyillä aallonpituuksilla. Ilman gammapurkausta nämä himmeät galaksit olisivat näkymättömiä. Analysoimalla huolellisesti eri kemialliset alkuaineet paljastavat jäljet tutkimusryhmä saattoi selvittää näiden hyvin kaukaisten galaksien viileän kaasun koostumuksen ja erityisesti kuinka paljon niissä oli raskaita alkuaineita.

Oletetaan, että nuoren maailmankaikkeuden galakseista löytyisi vähemmän raskaita alkuaineita kuin tämän päivän galakseista - kuten Linnunradasta. Raskaat alkuaineet muodostuvat lukuisten tähtisukupolvien eläessä ja kuollessa, vähitellen rikastaen galaksien kaasua [4]. Tähtitieteilijät voivat käyttää galaksien kemiallisen rikastumisen astetta viitteenä siitä kuinka pitkällä ne ovat kehityskulussaan. Mutta yllättäen uudet havainnot paljastivat, että joissakin galakseissa oli hyvin runsaasti raskaita alkuaineita alle kaksi miljardia vuotta alkuräjähdyksestä. Tätä pidettiin täysin mahdottomana vielä hiljattain.

Hiljattain löydetyn nuorten galaksien parin täytyy muodostaa uusia tähtiä valtaisaa vauhtia, rikastaakseen viileän kaasun niin vahvasti ja nopeasti. Koska kaksi galaksia ovat lähellä toisiaan ne saattaavat olla sulautumassa toisiinsa, mikä saisi myös aikaan tähtien muodostusta kaasupilvien törmätessä. Uudet tulokset tukevat myös ajatusta siitä, että gammapurkaukset saattavat olla tekemisissä rajun tähtienmuodostuksen kanssa.

Energeettinen tähtienmuodostus tämänkaltaisissa galakseissa on saattanut päättyä aikaisin maailmankaikkeuden historiassa. Kaksitoista miljardia vuotta myöhemmin, nykyaikana, sellaiset galaksit sisältäisivät suuria määriä tähtien jäänteitä kuten mustia aukkoja ja viileitä kääpiötähtiä, muodostaen vaikeasti havaittavan populaation "kuolleita galakseja", vain häivähtäviä varjoja kirkkaasta nuoruudestaan. Sellaisten ruumiiden löytäminen nykypäivänä olisi haaste.

"Me olimme hyvin onnekkaita havaitessamme purkausta GRB 090323, kun se oli yhä riittävän kirkas jotta siitä oli mahdollista saada vaikuttavan yksityiskohtaisia havaintoja VLT-teleskoopilla. Gammapurkaukset pysyvät kirkkaina vain hyvin lyhyen aikaa ja hyvälaatuisen aineiston saaminen on hyvin vaikeaa. Toivomme voivamme havaita näitä galakseja uudelleen tulevaisuudessa, kun meillä on paljon herkemmät havaintolaitteet. Ne olisivat täydellisiä kohteita E-ELT -teleskoopille," päättää Savaglio.

Lisähuomiot

[1] Kahta sekuntia pitempään kestäviä gammapurkauksia kutsutaan pitkiksi purkauksiksi ja lyhyempiä lyhyiksi purkauksiksi. Tässä tutkimuksessa esitellyn kaltaiset pitkät purkaukset liittyvät massiivisten nuorten tähtien supernovaräjähdyksiin tähtiämuodostavissa galakseissa. Lyhyitä purkauksia ei täysin ymmärretä, mutta niiden ajatellaan olevan lähtöisin kahden neutronitähden kaltaisen kompaktin kohteen yhdistymisestä.

[2] Nimi viittaa purkauksen havaitsemispäivään. Tässä tapauksessa se huomattiin 23. maaliskuuta 2009.

[3] Galaksit nähtiin punasiirtymällä 3.57, mikä tarkoittaa sitä, että ne nähtiin, kun alkuräjähdyksestä oli kulunut 1.8 miljardia vuotta.

[4] Alkuräjähdyksen 13.7 miljardia vuotta sitten tuottama materiaali oli lähes kokonaisuudessaan vetyä ja heliumia. Suurin osa raskaammista alkuaineista, kuten happi, typpi ja hiili, muodostuivat myöhemmin tähtien sisuksien lämpöydinreaktioissa ja päätyivät takaisin galaksien kaasureserveihin tähtien kuollessa. Täten on odotettavissa, että raskaiden alkuaineiden määrä useimmissa galakseissa lisääntyy hiljalleen maailmankaikkeuden ikääntyessä.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tieteellisessä artikkelissa “Super-solar Metal Abundances in Two Galaxies at z ~ 3.57 revealed by the GRB 090323 Afterglow Spectrum”, joka ilmestyy tiedejulkaisusarjassa Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Tutkimusryhmään kuuluvat S. Savaglio (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching bei München, Saksa [MPE]), A. Rau (MPE), J. Greiner (MPE), T. Krühler (MPE; Technische Universität München, Garching, Saksa [TUM]), S. McBreen (University College Dublin, Irlanti; MPE), D. H. Hartmann (Clemson University, Clemson, USA), A. C. Updike (Clemson), R. Filgas (MPE), S. Klose (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Saksa), P. Afonso (MPE), C. Clemens (MPE), A. Küpcü Yoldas (ESO, Garching, Germany), F. Olivares E. (MPE), V. Sudilovsky (MPE; TUM) and G. Szokoly (Eötvös University, Budapest, Hungary).

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

Sandra Savaglio
Astronomer, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 30000 3358
Matkapuhelin: +49 151 5194 4223
Sähköposti: savaglio@mpe.mpg.de

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
Sähköposti: rhook@eso.org

Tämä on ESO:n lehdistötiedotteen käännös eso1143.

Tiedotteesta

Tiedote nr.:eso1143fi
Nimi:Gamma-ray burst
Tyyppi:• Early Universe : Cosmology : Phenomenon : Gamma Ray Burst
Facility:Very Large Telescope
Science data:2012MNRAS.420..627S

Kuvat

Artist’s impression of a gamma-ray burst shining through two young galaxies in the early Universe
Artist’s impression of a gamma-ray burst shining through two young galaxies in the early Universe
Englanniksi
Artist’s impression of a gamma-ray burst shining through two young galaxies in the early Universe
Artist’s impression of a gamma-ray burst shining through two young galaxies in the early Universe
Englanniksi

Katso myös