Kids

eso1530nb — Pressemelding

ALMA med unik observasjon av galaksedannelse i det tidlige univers

22. juli 2015

Astronomer har brukt Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) for å identifisere de mest fjerntliggende skyer av stjernedannende gass som noensinne er funnet i vanlige galakser i det tidlige univers. Takket være de nye observasjonene kan forskere nå få innblikk i hvordan de første galaksene ble til og hvordan de blåste vekk den kosmiske «disen» i den såkalte reionisasjonsepoken. Dette er første gang slike galakser sees som mer enn bare lyssvake flekker.

Da de første galakser begynte å vokse fram noen få hundre millioner år etter Big Bang, var universet fylt av en tett dis av hydrogengass. Etter hvert som flere og flere lyssterke kilder – både stjerner og kvasarer – tok til å skinne, blåste de vekk disen og gjorde universet gjennomskinnelig for ultrafiolett lys [1]. Astronomer kaller denne perioden for reionisasjonsepoken. Man vet imidlertid lite om galaksene som ble til på denne tiden, og fram til nå har de ikke framstått som annet enn særdeles lyssvake flekker på bilder av det fjerne univers. Nye observasjoner med det kraftige ALMA-teleskopet er nå i ferd med å endre dette.

Et astronomteam ledet av Roberto Maiolino (Cavendish Laboratory og Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Storbritannia) rettet ALMA mot galakser som man fra før av visste ligger så langt unna Jorda at vi observerer dem slik de så ut kun ca. 800 millioner år etter Big Bang [2]. Astronomene var ikke på jakt etter lys fra stjerner, men derimot den svake gløden fra ionisert karbon [3] som kommer fra gasskyene der stjerner holder på å dannes. De ønsket å undersøke vekselvirkningene mellom en ung generasjon stjerner og de kalde materieklumpene som var på vei til å inngå i disse første galaksene.

Tidligere har astronomer bare observert ekstremt lyssterke og sjeldne objekter – typisk kvasarer og galakser med svært intens stjernedannelse – i disse ekstreme avstandene. Roberto Maiolinos team konsentrerte seg i stedet om mindre dramatiske, men mye mer vanlige galakser. Det var disse som reioniserte universet og med tiden dannet størsteparten av de galaksene vi ser rundt oss i dagens univers.

Fra en av galaksene, kalt BDF 3299, fanget ALMA opp et svakt, men likevel utvetydig signal fra lysende karbongass. Den svake gløden kom imidlertid ikke fra sentrum av galaksen, men fra en av sidene.

Medforfatter på forskningsartikkelen, Andrea Ferrara (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italia), forklarer betydningen av det nye funnet: «Aldri før har man klart å registrere denne type stråling fra en så fjerntliggende ‘normal’ galakse. Vi ser galaksen slik den var mindre enn en milliard år etter Big Bang. Funnet gir oss muligheten til å se hvordan de første galaksene ble satt sammen. For første gang ser vi tidlige galakser ikke bare som ørsmå flekker, men som objekter med indre struktur!»

Hvorfor kommer strålingen fra et område utenfor galaksens sentrum? Astronomene tror gløden fra karbonet stammer fra fersk, kald gass som trekkes inn mot galaksen fra det omliggende intergalaktiske mediet. Gasskyene i galaksens sentralområde forstyrres derimot trolig av det ugjestmilde miljøet skapt av nydannede stjerner: Stjernenes intense stråling og voldsomme supernovaeksplosjoner gjør det vanskelig for gasskyene å overleve der.

Ved å kombinere de nye ALMA-observasjonene med datasimuleringer er forskerne i stand til å forstå i detalj hvordan ulike prosesser opptrer i universets første galakser. Virkningen av stjernenes intense stråling, gasskyenes overlevelse, hvor mye ioniserende stråling som slipper ut av galaksene og den kompliserte oppbygningen til det interstellare medium (altså materialet mellom stjernene i en galakse) kan nå beregnes og sammenlignes med observasjoner. BDF 3299 er sannsynligvis et typisk eksempel på de galaksene som var ansvarlige for reionisasjonen.

«Vi har i mange år prøvd å forstå det interstellare mediet og dannelsen av lyskildene som sto bak reionisasjonen. Det at vi endelig kan teste forutsigelser og hypoteser på virkelige data fra ALMA er utrolig spennende. I tillegg dukker nye spørsmål opp. Observasjoner som dette vil i tiden framover avklare mange av problemene vi har når det gjelder å forstå hvordan universets første stjerner og galakser ble skapt,» tilføyer Andrea Ferrara.

«Denne studien ville vært umulig uten ALMA. Ingen andre instrumenter har den nødvendige følsomhet og romlige oppløsning for denne type observasjoner. Selv om dette er et av de dypeste [4] ALMA-bildene hittil, har teleskopet enda mye å gå på. I framtiden vil ALMA avbilde finstruktur i urgalakser og vise oss i detalj hvordan de første galakser ble til,» avslutter teamleder Roberto Maiolino.

Fotnoter

[1] Nøytral hydrogengass er svært effektiv når det kommer til å absorbere det høyenergetiske, ultrafiolette lyset som unge, varme stjerner sender ut. Det er grunnen til at disse stjernene er så godt som umulige å observere i det tidlige univers. Det absorberte ultrafiolette lyset ioniserer imidlertid hydrogengassen, slik at den etter hvert blir fullstendig transparent. I universets barndom «etset» de varme stjernene ut transparente bobler i den omliggende gassen. Da alle disse enorme boblene vokste sammen og fylte verdensrommet, var reionisasjonsepoken ferdig og universet gjennomskinnelig.

[2] Universets nåværende alder er til sammenligning nesten 14 milliarder år. Galaksenes rødforskyvning er mellom 6,8 og 7,1.

[3] Når stråling fra unge, varme stjerner absorberes av omliggende gass, gjenutsender gassen denne energien på helt bestemte bølgelengder kalt spektrallinjer. Klarer man å identifisere slike spektrallinjer, kan man altså spore den kalde gassen som stjerner dannes fra. I dette tilfellet lette forskerteamet etter strålingen som enkeltionisert karbon sender ut (kjent som [C II]). Strålingen forlater gasskyen med en bølgelengde på 158 mikrometer, men strekkes på grunn av universets utvidelse slik at den etter milliarder av år ankommer Jorda med en bølgelengde på rundt 1,3 millimeter. ALMA er konstruert for å registrere stråling i nettopp dette bølgelengdeområdet.

[4] Astronomer bruker ordet «dyp» i forbindelse med bilder som kan fange opp svært fjerne og lyssvake objekter. Slike observasjoner krever store teleskoper, følsomme instrumenter og ofte meget lange eksponeringstider.

Mer informasjon

Studien presenteres i en forskningsartikkel i journalen Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 22. juli 2015: «The assembly of ‘normal’ galaxies at z∼7 probed by ALMA» av R. Maiolino et al.

Forskerteamet består av R. Maiolino (Cavendish Laboratory, University of Cambridge, Cambridge, Storbritannia; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Cambridge, Storbritannia) S. Carniani (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology; Universitá di Firenze, Firenze, Italia), A. Fontana (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italia), L. Vallini (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italia; Universitá di Bologna, Bologna, Italia), L. Pentericci (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italia), A. Ferrara (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italia), E. Vanzella (INAF–Bologna Astronomical Observatory, Bologna, Italia), A. Grazian (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italia), S. Gallerani (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italia), M. Castellano (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italia), S. Cristiani (INAF–Trieste Astronomical Observatory, Trieste, Italia), G. Brammer (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, USA), P. Santini (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italia), J. Wagg (Square Kilometre Array Organization, Jodrell Bank Observatory, Storbritannia) og R. Williams (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology).

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) er et internasjonalt samarbeid mellom ESO, det amerikanske National Science Foundation (NSF), National Institutes of Natural Sciences (NINS) i Japan samt vertsnasjonen Chile. ALMA finansieres av ESO på vegne av organisasjonens medlemsland, av NSF i samarbeid med National Research Council (NRC) i Canada og National Science Council (NSC) i Taiwan, og av NINS i samarbeid med Academia Sinica (AS) i Taiwan og Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

Byggingen og driften av ALMA ledes av ESO på vegne av organisasjonens medlemsland, av National Radio Astronomy Observatory (NRAO), som styres av Associated Universities Inc. (AUI), på vegne av Nord-Amerika, og av National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) på vegne av Øst-Asia. 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 16 land: Belgia, Brasil, Danmark, Finland, Frankrike, Italia, Nederland, Polen, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike, samt vertsnasjonen Chile. 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 har ESO oppført Very Large Telescope, verdens mest avanserte astronomiske observatorium for synlig lys, og to såkalte kartleggingsteleskoper. 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 en viktig partner i ALMA, nåtidens største astronomiprosjekt. På Cerro Armazones, ikke langt fra Paranal, er ESO i ferd med å bygge European Extremely Large Telescope (E-ELT). Med en speildiameter på 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

Roberto Maiolino
Cavendish Laboratory & Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge
Cambridge, United Kingdom
Tlf.: +44 1223 761661
Mob.: +44 7557 774718
E-post: r.maiolino@mrao.cam.ac.uk

Andrea Ferrara
Scuola Normale Superiore
Pisa, Italy
Mob.: +39 329 0715067
E-post: andrea.ferrara@sns.it

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

ESO i sosiale medier

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1530 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.

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso1530nb
Navn:BDF 3299
Type:Early Universe : Galaxy
Early Universe : Cosmology
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, Very Large Telescope
Science data:2015MNRAS.452...54M

Bilder

ALMA studerer galaksedannelse i det tidlige univers for første gang (med tekst)
ALMA studerer galaksedannelse i det tidlige univers for første gang (med tekst)
ALMA studerer galaksedannelse i det tidlige univers for første gang
ALMA studerer galaksedannelse i det tidlige univers for første gang

Se også