eso1013no — Pressemelding

Hvorfor bommer undersøkelser av fjerne galakser på 90 % av målene sine? Saken er løst.

24 March 2010

Astronomer har lenge visst at en betydelig del av den utsendte strålingen fra objekter i det meget fjerne univers ikke blir fanget opp av teleskopene våre. Nå kan forskere komme med mer konkrete svar, takket være en ekstremt følsom himmelkartlegging gjort med to av de fire 8,2 metersteleskopene som utgjør ESOs Very Large Telescope, samt et unikt, spesialbygd filter. Det viser seg at en stor andel av galaksene som ligger rundt 10 milliarder lysår unna, har unnsluppet tidligere studier. De nye observasjonene avdekket dessuten noen av de lyssvakeste galaksene som noensinne er funnet i denne tidlige tidsepoken i universets historie.

For å studere stjernedannelse i galakser i det meget fjerne univers anvender astronomene ofte den såkalte Lyman-alfa-linjen. Dette er et karakteristisk "fingeravtrykk" fra hydrogen, og viser seg som en tydelig linje i lysspekteret fra hydrogengass [1]. Likevel har man lenge misstenkt at mange fjerne galakser ikke lar seg oppdage med denne metoden. En ny himmelkartlegging med Very Large Telescope (VLT) demonstrerer for første gang at det er nettopp dette som skjer. Mesteparten av Lyman-alfa-lyset blir fanget inni galaksen som sender ut lyset, og følgelig kan Lyman-alfa-observasjoner gå glipp av 90 % av galaksene som finnes.

"Astronomer har alltid visst at de ikke har fått med seg alle galaksene i kartleggingene med Lyman-alfa-metoden," forklarer Matthew Hayes, hovedforfatteren bak forskningsartikkelen som publiseres denne uken i journalen Nature. "Men nå har vi for første gang konkrete resultater å vise til. Tallet på manglende galakser er betydelig."

For å finne ut hvor mye av den totale utsendte strålingen undersøkelsene overså, brukte Hayes og teamet hans FORS-kameraet på VLT og et spesialbygd smalbåndsfilter [2] for å måle Lyman-alfa-lyset, akkurat som i en vanlig Lyman-alfa-studie. Deretter observerte forskerne det samme himmelområdet med det nye HAWK-I-kameraet, som er påmontert et av de andre VLT-teleskopene. Men denne gangen undersøkte de en annen bølgelengde som sendes ut av glødende hydrogengass, nærmere bestemt H-alfa-linjen. De så spesielt på galakser som lå så langt borte (rødforskyvning 2,2 [3]) at lyset hadde brukt 10 milliarder år på å nå fram til oss, og som befant seg innenfor det såkalte GOODS-South-feltet  – et lite, men meget nøye studert utsnitt av himmelen.

"Dette er første gang man har observert et himmelutsnitt med så stor følsomhet på disse to spesifikke bølgelengdene som hydrogengass sender ut. Og det viste seg å være helt avgjørende," sier teammedlem Göran Östlin. Observasjonene var ekstremt "dype" og avslørte noen av de lyssvakeste galaksene vi kjenner fra denne tidlige perioden i universets historie. Astronomene kunne dermed konkludere med at tradisjonelle kartlegginger med Lyman-alfa kun ser en liten del av det samlede lyset fra galaksene, ettersom størsteparten av Lyman-alfa-fotonene ødelegges i vekselvirkninger med de interstellare gass- og støvskyene. Denne effekten er svært mye større for Lyman-alfa-lys enn for H-alfa-lys. Derfor er det mange galakser – oppimot 90 % – som ikke fanges opp i disse undersøkelsene. "Hvis man finner ti galakser, kan det i virkeligheten være hundre der," sier Hayes.

Ulike observasjonsmetoder som tar for seg lys på forskjellige bølgelengder, vil aldri gi et komplett bilde av universet. Resultatene av den nye kartleggingen innebærer en klar advarsel til kosmologene, siden man stoler mer og mer på Lyman-alfa-metoden når en studerer de aller første galaksene som ble dannet i universet. "Nå som vi vet hvor mye av lyset som vi så langt har gått glipp av, kan vi begynne å lage mye mer nøyaktige framstillinger av kosmos. Og vi kan forstå bedre hvor raskt stjernene har blitt dannet opp gjennom de forskjellige epokene i universets historie," sier medforfatter Miguel Mas-Hesse.

Dette gjennombruddet var mulig takket være et unikt kamera. HAWK-I ble tatt i bruk i 2007 og er et toppmoderne instrument. "Det eksisterer kun noen få andre kameraer med større synsfelt enn HAWK-I, og de er alle montert på teleskoper som er mindre enn halvparten av VLT. Så det er i realiteten kun VLT og HAWK-I som på en effektiv måte er i stand til å oppdage så svake og fjerne galakser som vi snakker om her," avslutter teammedlem Daniel Schaerer.

Fotnoter

[1] Lyman-alfa-lys er lys som sendes ut av eksitert hydrogen, nærmere bestemt når elektronet hopper fra det første eksiterte energinivå ned i grunntilstanden. Det utsendte lyset ligger i den ultrafiolette delen av spekteret og har en bølgelengde på 121,6 nm (nanometer). Lyman-alfa-linjen er den første spektrallinjen i den såkalte Lyman-serien, som er oppkalt etter dens oppdager, Theodore Lyman.

Balmer-serien, oppkalt etter Johann Balmer, svarer også til lys utsendt av eksitert hydrogen. I dette tilfellet faller elektronene ned i det første eksiterte energinivået. Den første linjen i denne serien er H-alfa-linjen ved 656,3 nm.

Fordi de fleste hydrogenatomene i en galakse er i grunntilstanden, absorberes Lyman-alfa-lys mer effektivt enn H-alfa-lys, som krever atomer der elektronet er eksitert.
Atomene er for det meste i grunntilstanden i den kalde interstellare hydrogengassen som er spredt over hele galaksene. H-alfa-lys slipper derfor mer eller mindre uhindret ut av galaksen.

[2] Et smalbåndsfilter er et optisk filter som er konstruert for å slippe gjennom lys innenfor et smalt bølgelengdeintervall, sentrert om en spesiell bølgelengde. Tradisjonelle smalbåndsfiltre inkluderer de som er sentrert rundt linjene i Balmer- serien, slik som f.eks. H-alfa.

[3] Fordi universet utvider seg blir lyset fra fjerne objekter forskjøvet mot lengre – dvs. "rødere" – bølgelender. Graden av rødforskyvning avhenger av avstanden. Lyset fra en galakse med rødforskyvning på 2,2 har brukt ca. 10 milliarder år på å nå fram til Jorda. En rødforskyvning på 2,2 innebærer at lyset er strukket med en faktor 3,2. Dette betyr at Lyman-alfa-linjen fra den fjerne galaksen blir observert av oss på omkring 390 nm, altså nær intervallet for synlig lys, og kan derfor studeres med FORS-instrumentet på VLT. H-alfa-linjen, derimot, er forskjøvet til 2,1 mikrometer, nær den infrarøde delen av lysspekteret, og kan studeres med HAWK-I-kameraet på VLT.

Mer informasjon

Denne studien presenteres i en forskningsartikkel i journalen Nature ("Escape of about five per cent of Lyman-a photons from high-redshift star-forming galaxies" av M. Hayes et al.).

Forskerteamet består av Matthew Hayes, Daniel Schaerer og Stéphane de Barros (Observatoire Astronomique de l'Université de Genève, Sveits), Göran Östlin og Jens Melinder (Stockholm University, Sverige), J. Miguel Mas-Hesse (CSIC-INTA, Madrid, Spania), Claus Leitherer (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA), Hakim Atek og Daniel Kunth (Institut d'Astrophysique de Paris, Frankrike) og Anne Verhamme (Oxford Astrophysics, Storbritannia).

ESO, European Southern Observatory, er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 14 land: Belgia, Danmark, England, Finland, Frankrike, Italia, Nederland, Portugal, Spania, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike. ESO har en ambisiøs dagsorden med fokus på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg, der hovedmålet er å gjøre viktige vitenskapelige oppdagelser. ESO har også en ledende rolle i å fremme og organisere samarbeid innenfor astronomisk forskning. ESO driver tre unike, verdensledende observatorier i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. Ved Paranal har ESO bygget Very Large Telescope, verdens mest avanserte astronomiske observatorium for synlig lys, og VISTA, verdens største kartleggingsteleskop. ESO er den europeiske partner i et revolusjonerende teleskop kalt ALMA, nåtidens største astronomiprosjekt. ESO planlegger for tiden et såkalt ekstremt stort optisk/nær-infrarødt teleskop som har fått betegnelsen E-ELT: European Extremely Large Telescope. Med en speildiameter på 42 meter vil dette bli det største "øye" i verden som skuler opp på himmelen.

Linker

Kontakter

Andreas O. Jaunsen
Oslo, Norge
Mob.: +47 99 59 88 00
E-post: ajaunsen@astro.uio.no

Jan-Erik Ovaldsen
Oslo, Norge
E-post: j.e.ovaldsen@astro.uio.no

Matt Hayes
Observatory of Geneva, Switzerland
Tlf.: +41 22 379 24 32
Mob.: +41 76 243 13 55
E-post: matthew.hayes@unige.ch

Miguel Mas-Hesse
Centro de Astrobiologia (CSIC-INTA), Spain
Tlf.: +34 91 813 1196/1161
Mob.: +34 615145651
E-post: mm@cab.inta-csic.es

Göran Östlin
Department of Astronomy
Stockholm University, Sweden
Tlf.: +46 8 55 37 85 13
E-post: ostlin@astro.su.se

Henri Boffin
VLT Press Officer
ESO, Garching, Germany
Tlf.: +49 89 3200 6222
Mob.: +49 174 515 43 24
E-post: hboffin@eso.org

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1013 i regi av ESON, et nettverk av personer i ESOs medlemsland (samt noen utenfor ESO, som Norge) som fungerer som lokale mediekontakter i forbindelse med pressemeldinger og andre nyheter fra ESO. Norske kontakter er Jan-Erik Ovaldsen og Andreas O. Jaunsen. Pressemeldingen er oversatt av JEO.
Bookmark and Share

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso1013no
Facility:Very Large Telescope
Science data:2010Natur.464..562H

Bilder

The GOODS-South field
The GOODS-South field
kun på engelsk

Videoer

The GOODS-South field
The GOODS-South field
kun på engelsk

Se også