eso1313no — Pressemelding

ALMA omskriver historien om universets mest intense stjernedannelsesperiode

13 March 2013

Observasjoner av ekstremt fjerne galakser med Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) viser at den heftigste perioden med stjernefødsler i universet fant sted mye tidligere enn antatt. I tillegg er det funnet vannmolekyler rekordlangt ut i kosmos. Forskningen presenteres i to artikler i Astrophysical Journal og en i tidsskriftet Nature 14. mars 2013. Resultatene er de seneste i en rekke oppdagelser fra det nye internasjonale ALMA-observatoriet, som innvies i dag.

De mest intense tilfeller av stjernedannelse (starburst på engelsk) antas å ha inntruffet i massive og lyssterke galakser i det tidlige univers. Slike starburst-galakser omdanner enorme reservoarer av kosmisk gass og støv til nye stjerner i et forrykende tempo – mange hundre ganger raskere enn i store spiralgalakser som vår egen Melkeveigalakse. Astronomer kan undersøke denne hektiske perioden i universets ungdom ved å observere fjerne galakser som er så langt unna at deres lys har brukt mange milliarder år på å nå fram til oss.

"Jo fjernere et objekt er, desto lenger tilbake i tid ser vi. Ved å måle galaksenes avstander fra Jorda, kan vi lage en tidslinje over hvor raskt universet har produsert stjerner opp gjennom sin 13,7 milliarder år lange historie," forklarer teamleder Joaquin Vieira (California Institute of Technology i USA), som også er hovedforfatter av forskningsartikkelen i Nature. 

Den internasjonale forskergruppen oppdaget de fjerne og gåtefulle starburst-galaksene med det 10 meter store South Pole Telescope (SPT) tilhørende US National Science Foundation. Deretter tok de i bruk ALMA for å zoome inn på objektene og utforske "babyboomen" blant stjernene i det unge univers. Astronomene ble overrasket da de oppdaget at mange av disse fjerne, støvete og stjernedannende galaksene lå enda lenger vekk enn det man tidligere hadde trodd. Funnet innebærer at galaksenes heftige perioder med stjernefødsler i gjennomsnitt fant sted for 12 milliarder år siden, da universet var mindre enn to milliarder år gammelt. Det er hele en milliard år tidligere enn det man hittil har ment.

To av de observerte galaksene er de mest fjerntliggende eksemplarer man kjenner til av denne typen. Avstanden er så stor at da galaksenes lys begynte sin reise, var universet kun en milliard år gammelt. Dessuten, i en av disse er vann blant de molekylene som teleskopet registrerte. Ingen mer fjerntliggende observasjoner av vann er per i dag rapportert i forskningslitteraturen.

Teamet brukte den uslåelige følsomheten til ALMA for å fange strålingen fra 26 av starburst-galaksene ved bølgelengder på rundt tre millimeter. Gassmolekyler i galaksene sender ut lys på karakteristiske bølgelengder, men på grunn av universets utvidelse strekkes bølgelengdene i løpet av den flere milliarder år lange ferden til Jorda. Ved å måle bølgelengden til det strukkede lyset, kan astronomene regne ut hvor lang tid lyset har reist, og således plassere hver galakse i rett periode i den kosmiske historien.

"ALMAs følsomhet og det faktum at antennene kan observere over et stort bølgelengdeintervall gjorde at vi kunne utføre våre målinger i løpet av noen få minutter per galakse – omtrent hundre ganger raskere enn før," sier Axel Weiss (Max-Planck-Institut für Radioastronomie i Bonn i Tyskland), som ledet arbeidet med å bestemme avstandene til galaksene. "Målinger som dette ville tidligere vært en møysommelig prosess der man måtte ha kombinert data fra både radioteleskoper og teleskoper som opererer i synlig lys."

I de fleste av tilfellene var ALMA-observasjonene alene nok til å bestemme avstandene. Men for et lite antall galakser kombinerte forskerteamet ALMA-dataene med observasjoner fra andre teleskoper, deriblant Atacama Pathfinder Experiment (APEX) og ESOs Very Large Telescope (VLT) [1].

Fordi ALMA fortsatt var under bygging da observasjonene ble gjort, anvendte astronomene bare 16 av observatoriets totalt 66 kjempeantenner. Når ALMA står ferdig på Chajnantor-platået 5000 moh. i de chilenske Andesfjellene, vil systemet være enda mer følsomt og kunne oppdage enda mer lyssvake galakser. I denne omgang konsentrerte forskerne seg om de mest lyssterke objektene. I tillegg utnyttet de et eksotisk fenomen – forutsagt av Einsteins generelle relativitetsteori – kalt gravitasjonslinsing, hvor lys fra en fjern galakse avbøyes idet det passerer gjennom gravitasjonsfeltet til en galakse som ligger i forgrunnen. Forgrunnsgalaksen fungerer omtrent som en linse og forsterker lyset fra den fjerne kilden.

For å finne ut eksakt hvor mye gravitasjonslinseeffekten forsterket lyset fra galaksene, tok astronomene flere og enda skarpere bilder av dem, denne gangen ved bølgelengder på ca. 0,9 millimeter.

"På de fantastiske bildene fra ALMA ser vi bakgrunnsgalakser som er forvrengt til buer og ringer av lys. Disse såkalte Einstein-ringene omkranser forgrunnsgalaksene som står for linseeffekten," forklarer Yashar Hezaveh (McGill University i Montreal i Canada), som ledet gravitasjonslinsestudien. "Vi bruker rett og slett de enorme mengdene mørk materie rundt fjerne galakser som kosmiske teleskoper for å forstørre enda fjernere galakser og forsterke lyset deres."

Analyser av forvrengningen avslører at enkelte av de fjerne starburst-galaksene lyser like sterkt som 40 billioner (40 millioner millioner) soler, og at gravitasjonslinsingen har forsterket dette opptil 22 ganger.

"Bare noen få gravitasjonslinsede galakser er funnet på disse submillimeterbølgelengdene tidligere, men nå har SPT og ALMA avdekket dusinvis," forteller teammedlem Carlos De Breuck (ESO). "Denne type studier har fram til nå hovedsakelig blitt gjort på synlige bølgelengder med Romteleskopet Hubble. Forskningsresultatene våre viser imidlertid at det nye ALMA-observatoriet nå også er å regne med på dette feltet."

"Studien vår er et glimrende eksempel på hvordan astronomer fra hele verden kommer sammen for å gjøre utrolige oppdagelser med et toppmoderne instrument," sier teammedlem Daniel Marrone (University of Arizona i USA). "Dette er bare begynnelsen for både ALMA og studiet av disse starburst-galaksene. Vårt neste skritt er å undersøke galaksene nærmere og finne ut hvordan og hvorfor de produserer stjerner i et slikt voldsomt tempo."

Fotnoter

[1] Tilleggsobservasjonene ble utført med APEX, VLT, Australia Telescope Compact Array (ATCA) og Submillimeter Array (SMA).

Mer informasjon

Studien er publisert i Nature-artikkelen "Dusty starburst galaxies in the early Universe as revealed by gravitational lensing" av J. Vieira et al. Arbeidet med å bestemme avstanden til galaksene presenteres i Astrophysical Journal i artikkelen "ALMA redshifts of millimeter-selected galaxies from the SPT survey: The redshift distribution of dusty star-forming galaxies" av A. Weiss et al. Gravitasjonslinsestudien beskrives i detalj i Astrophysical Journal i artikkelen "ALMA observations of strongly lensed dusty star-forming galaxies" av Y. Hezaveh et al.

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) er et internasjonalt samarbeid mellom Europa, Nord-Amerika og Øst-Asia, i samarbeid med Chile. ALMA er i Europa finansiert av ESO, i Nord-Amerika av det amerikanske National Science Foundation (NSF) i samarbeid med National Research Council (NRC) i Canada og National Science Council (NSC) i Taiwan. I Øst-Asia er ALMA finansiert av National Institutes of Natural Sciences (NINS) i Japan i samarbeid med Academia Sinica (AS) i Taiwan. Byggingen og driften av ALMA ledes i Europa av ESO, i Nord-Amerika av National Radio Astronomy Observatory (NRAO), som styres av Associated Universities Inc. (AUI), og i Øst-Asia av National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Joint ALMA Observatory (JAO) står for den overordnede ledelse og administrasjon av byggefasen, oppstart og drift av ALMA.

ESO, European Southern Observatory, er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens desidert mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 15 land: Belgia, Brasil, Danmark, Finland, Frankrike, Italia, Nederland, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike. ESOs ambisiøse virksomhet fokuserer på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg for å muliggjøre banebrytende vitenskapelige oppdagelser. ESO spiller 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 driver ESO Very Large Telescope, verdens mest avanserte astronomiske observatorium for synlig lys, og to såkalte kartleggingsteleskop. VISTA observerer i infrarødt og er verdens største kartleggingsteleskop, mens VLT Survey Telescope er det største teleskopet som er designet utelukkende for himmelkartlegginger i synlig lys. ESO er den europeiske partner i et revolusjonerende teleskop kalt ALMA, nåtidens største astronomiprosjekt. ESO planlegger for tiden et ekstremt stort optisk/nær-infrarødt teleskop som har fått betegnelsen E-ELT: European Extremely Large Telescope. Med en speildiameter på rundt 39 meter vil dette bli det største "øye" i verden som skuler opp på himmelen.

Linker

Kontakter

Jan-Erik Ovaldsen
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

Andreas O. Jaunsen
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

Axel Weiss
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
Bonn, Germany
Tlf.: +49 228 525 273
E-post: aweiss@mpifr-bonn.mpg.de

Joaquin Vieira
California Institute of Technology
USA
Mob.: +1 949 887 5795
E-post: vieira@caltech.edu

Yashar Hezaveh
McGill University
Montréal, Canada
Tlf.: +1 514 398 7032
E-post: yasharh@physics.mcgill.ca

Richard Hook
ESO, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 3200 6655
Mob.: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

Douglas Pierce-Price
ESO, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 3200 6759
E-post: dpiercep@eso.org

Carlos de Breuck
ESO
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 3200 6613
E-post: cdebreuc@eso.org

Charles E. Blue
National Radio Astronomy Observatory, Public Information Officer
Charlottesville, USA
Tlf.: +1 434 296 0314
E-post: cblue@nrao.edu

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1313 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.:eso1313no
Type:• Early Universe : Galaxy : Activity : Starburst
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, Hubble Space Telescope, South Pole Telescope
Science data:2013Natur.495..344V
2013ApJ...767..132H
2013ApJ...767...88W

Bilder

ALMA-bilder av fjerne, gravitasjonslinsede galakser med aktiv stjernedannelse
ALMA-bilder av fjerne, gravitasjonslinsede galakser med aktiv stjernedannelse
Skjematisk framstilling av gravitasjonslinsing av fjerne, stjernedannende galakser
Skjematisk framstilling av gravitasjonslinsing av fjerne, stjernedannende galakser

Videoer

Skjematisk framstilling av gravitasjonslinsing av fjerne, stjernedannende galakser
Skjematisk framstilling av gravitasjonslinsing av fjerne, stjernedannende galakser

Se også