eso1708is — Fréttatilkynning

Ævafornt stjörnuryk varpar ljósi á fyrstu stjörnurnar

Fjarlægustu fyrirbæri sem ALMA hefur rannsakað

8. mars 2017

Stjörnufræðingar hafa notað ALMA til að mæla gríðarmikið glóandi ryk í vetrarbraut sem birtist okkur eins og hún leit út þegar alheimurinn var aðeins fjögur prósent af aldri sínum í dag. Vetrarbrautin sést því stuttu eftir að hún varð til og er fjarlægasta vetrarbraut sem ryk hefur mælst í. Ennfremur hefur súrefni aldrei mælst áður í jafn mikilli fjarlægð. Niðurstöðurnar gefa nýja sýn á myndun og dauða fyrstu stjarnanna.

Aljóðlegur hópur stjörnufræðinga undir forystu Nicolas Laporte við University College í London notaði Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) til að mæla A2744_YD4, yngstu og fjarlægustu vetrarbraut sem ALMA hefur mælt til þess. Óvænt kom í ljós að þessi unglega vetrarbraut innihélt mikið geimryk sem varð til þegar eldri kynslóðir stjarna dóu.

Mælingar sem gerðar voru í kjölfarið með X-shooter mælitækinu á Very Large Telescope ESO staðfesta að A2744_YD4 er í órafjarlægð frá okkur. Vetrarbrautin birtist okkur eins og hún leit út þegar alheimurinn var aðeins 600 milljón ára gamall, á tímabili þegar fyrstu stjörnurnar og vetrarbrautirnar voru að myndast [1].

„A2744_YD er ekki aðeins fjarlægasta vetrarbraut sem ALMA hefur rannsakað til þessa, heldur benda mælingar á svo miklu ryki til þess að sprengistjörnur hafi þegar mengað vetrarbrautina,“ sagði Nicolas Laporte.

Geimryk er að mestu kísill, kolefni og ál með kornastærðin frá milljónasta úr sentímetra. Frumefnin í geimrykinu urðu til í innviðum stjarna sem dreifðust síðan um alheiminn þegar stjörnurnar dóu, sumar sem sprengistjörnur sem eru lokaörlög skammlífra og massamikilla stjarna. Í dag er rykið í miklu magni og lykilbyggingareining í myndun stjarna, reikistjarna og flókinna sameinda, en í árdaga alheimsins, áður en fyrstu kynslóðir stjarna dóu út, ar minna af því.

Mælingar á rykugu vetrarbrautinni A2744_YD4 voru mögulegar vegna þess að vetrarbrautin er á bak við stóra vetrarbrautaþyrpingu sem kallast Abell 2744 [2]. Vegna þyngdarlinsuhrifa, þar sem þyrpingin verkaði eins og risavaxinn náttúrulegur geimsjónauki sem magnaði upp ljósið frá A2744_YD4 tæplega tvöfalt, gátu stjörnufræðingarnir skyggnst lengra aftur í árdaga alheimsins en ella hefði verið hægt.

Mælingar ALMA námu líka útgeislun jónaðs súrefnis frá A2744_YD4. Þetta er fjarlægasta og þar af leiðandi mæling á elsta súrefni í alheiminum til þessa og betrumbætir eldri niðurstöður ALMA frá árinu 2016.

Mælingar á ryki í árdaga alheimsins gefur nýjar upplýsingar um hvenær fyrstu sprengistjörnurnar sprungu og þar af leiðandi hvenær fyrstu heitu stjörnurnar böðuðu alheiminn ljósi. Að áætla hvenær þessi „alheimsdögun“ átti sér stað er eitt mikilvægasta verkefni nútíma stjarnvísinda en það má kanna óbeint með því að rannsaka ryk frá árdögum alheimsins.

Stjörnufræðingar áætla að A2744_YD4 innihaldi um 6 milljón sinnum meira efni en sólin okkar en að heildarstjörnumassi vetrarbrautarinnar — massi allra stjarna í henni — hafi verið 2 milljarðar sólmassa. Hópurinn mældi einnig hraða stjörnumyndunar í A2744_YD4 og komst að því að um 20 sólmassar af stjörnum verða til í henni — samanborið við aðeins einn sólmassa á ári í Vetrarbrautinni okkar [3].

„Þessi öra stjörnumyndun er ekki óvenjuleg fyrir svo fjarlæga vetrarbraut en hún varpar ljósi á hversu hratt rykið í A2744_YD4 myndaðist,“ útskýrir Richard Ellis (ESO og University College London), meðhöfundur að rannsókninni. „Ótrúlegt en satt er sá tími aðeins um 200 milljón ár — svo við erum að sjá þessa vetrarbraut skömmu eftir að hún myndaðist.“

Þetta þýðir að umtalsverð stjörnumyndun hófst um það bil 200 milljón árum fyrir skeiðið sem vetrarbrautin sést á. Þetta gerir ALMA kleift að rannsaka skeiðið þegar „kviknaði“ á fyrstu stjörnunum og vetrarbrautunum en ALMA hefur aldrei áður skyggnst jafn langt aftur í tímann. Sólin, reikistjarnan okkar og tilvist okkar eru afleiðing — 13 milljörðum ára síðar — þessara fyrstu kynslóða stjarna. Með því að rannska myndun þeirra, líf og dauða erum við að rrannsaka okkar eigin uppruna.

„ALMA lofar mjög góðu fyrir möguleikana á að gera dýpri og ítarlegri mælingar á svipuðum vetrarbrautum á þessum tíma,“ segir Ellis.

„Frekari mælingar af þessu tagi fela í sér spennandi möguleika um könnun á myndun stjarna snemma í sögu alheimsins og myndun þungu frumefnanna enn lengra aftur í árdaga alheimsins,“ sagði Laporte að lokum.

Skýringar

[1] Tíminn samsvarar rauðviki z=8,38 á endurjónunarskeiðinu.

[2] Abell 2733 er stór vetrarbrautaþyrping í um 3,5 milljarða ljósára fjarlægð (rauðvik 0,308) sem talin er hafa myndast við samruna fjögurra vetrarbrautaþyrpinga. Hún hefur verið kölluð Pandóruþyrpingin vegna margra sérkennilegra og ólíkra fyrirbæra sem urðu til við áreksturinn sem stóð yfir í um 350 milljónir ára. Vetrarbrautirnar telja aðeins fjögur prósent af massa þyrpingarinnar en hulduefni sjötíu og fimm prósent og veldur þeim miklu þyngdaráhrifum sem þarf til að sveigja og magna upp ljósið frá vetrarbrautunum í bakgrunni. Tuttugu prósentin sem eftir eru af heildarmassanum er á formi heits gass.

[3] Þessi hraði þýðir að heildarmassi stjarna sem myndast á hverju ári jafngildir um 20 sólmössum.

Frekari upplýsingar

Greint var frá rannsókninni í greininni „Dust in the Reionization Era: ALMA Observations of a z=8,38 Gravitationally-Lensed Galaxy“ eftir Laporte o.fl. sem birtist í Astrophysical Journal Letters.

Í rannsóknarteyminu eru N. Laporte (University College London, Bretlandi), R. S. Ellis (University College London, Bretlandi; ESO, Garching, Þýskalandi), F. Boone (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), Toulouse, Frakklandi), F. E. Bauer (Pontificia Universidad Católica de Chile, Instituto de Astrofísica, Santiago, Chile), D. Quénard (Queen Mary University of London, London, Bretlandi), G. Roberts-Borsani (University College London, Bretlandi), R. Pelló (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), Toulouse, Frakklandi), I. Pérez-Fournon (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Spáni; Universidad de La Laguna, Tenerife, Spáni) og A. Streblyanska (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Spáni; Universidad de La Laguna, Tenerife, Spáni).

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), alþjóðleg stjörnustöð, er samstarfsverkefni ESO, National Science Foundation (NSF) í Bandaríkjunum og National Institutes of Natural Sciences (NINS) í Japan, í samvinnu við Chile. ALMA er fjármögnuð af ESO fyrir hönd aðildarríkja þess, af NSF í samstarfi við National Research Council of Canada (NRC) og National Science Council of Taiwan (NSC) og NINS í samvinnu við Academia Sinica (AS) í Taívan og Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

ESO sér um smíði og rekstur ALMA fyrir hönd aðildarríkjanna en National Radio Astronomy Observatory (NRAO), sem lýtur stjórn Associated Universities, Inc. (AUI), fyrir hönd Norður Ameríku og National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) fyrir hönd austur Asíu. Samþætt stjórnun á smíði, prófun og rekstri ALMA er í umsjá Joint ALMA Observatory (JAO).

ESO er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og lang öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 16 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Póllands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands, auk gestaþjóðarinnar Chile. ESO heldur úti metnaðarfullum verkefnum sem miða að hönnun, smíði og starfsemi öflugra stjörnustöðva á jörðinni sem gera stjörnufræðingum kleift að gera mikilvægar uppgötvanir. ESO leikur líka lykilhlutverk í að efla og skipuleggja samstarf í stjarnvísindarannsóknum. ESO starfrækir þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er stór þátttakandi í ALMA, stærsta stjarnvísindaverkefni heims. Á Cerro Armazones, skammt frá Paranal, er ESO að smíða 39 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.

Tenglar

Tengiliðir

Sævar Helgi Bragason
Stjörnufræðivefurinn
Ísland
Farsími: 8961984
Tölvupóstur: eson-iceland@eso.org

Nicolas Laporte
University College London
United Kingdom
Sími: +44 2 035 495 802
Farsími: +44 7452 807 591
Tölvupóstur: n.laporte@ucl.ac.uk

Richard Ellis
ESO
Garching bei München, Germany
Sími: +44 7885 403334
Farsími: +49 151 629 56829
Tölvupóstur: rellis@eso.org

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Sími: +49 89 3200 6655
Farsími: +49 151 1537 3591
Tölvupóstur: rhook@eso.org

Connect with ESO on social media

Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1708.

Um fréttatilkynninguna

Fréttatilkynning nr.:eso1708is
Nafn:A2744_YD4
Tegund:Early Universe : Galaxy
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
Science data:2017ApJ...837L..21L

Myndir

Artist’s impression of the remote dusty galaxy A2744_YD4
Artist’s impression of the remote dusty galaxy A2744_YD4
texti aðeins á ensku
ALMA and Hubble Space Telescope views of the distant dusty galaxy A2744_YD4
ALMA and Hubble Space Telescope views of the distant dusty galaxy A2744_YD4
texti aðeins á ensku

Myndskeið

ESOcast 99 Light: ALMA Sheds Light on the First Stars (4K UHD)
ESOcast 99 Light: ALMA Sheds Light on the First Stars (4K UHD)
texti aðeins á ensku
Artist’s impression of dust formation by supernovae in A2744_YD4
Artist’s impression of dust formation by supernovae in A2744_YD4
texti aðeins á ensku
Zooming in on the young dusty galaxy A2744_YD4
Zooming in on the young dusty galaxy A2744_YD4
texti aðeins á ensku

Sjá einnig