eso1708nb — Pressemelding

Eldgammelt stjernestøv belyser de første stjernene

Det fjerneste objektet noensinne observert av ALMA

8. mars 2017

Astronomer har brukt ALMA til å oppdage en stor masse av glødende stjernestøv i en galakse observert da universet var bare fire prosent av sin nåværende alder. Denne galaksen ble observert i kort tid etter sin dannelse og er den fjerneste galaksen hvor stjernestøv er blitt oppdaget. Denne observasjonen er også den fjerneste påvisningen av oksygen i universet. Disse observasjonene gir helt ny innsikt i fødslene og de eksplosive dødsfallene til de aller første stjernene.

Et internasjonalt team av astronomer, ledet av Nicolas Laporte fra University College London, har brukt Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) til å observere A2744_YD4, den yngste og fjerneste galaksen noen sinne sett av ALMA. De var overrasket over å se at denne ungdommelige galaksen inneholdt en overflod av interstellart støv – støv som er dannet i dødsfallene til en tidligere generasjon av stjerner.

Oppfølgingsobservasjoner er gjort med instrumentet X-shooter på ESOs Very Large Telescope for å bekrefte avstanden til A2744_YD4. Vi ser galaksen slik den var da universet bare var 600 millioner år gammelt, en periode da de første stjernene og galaksene var i ferd med å bli dannet [1].

«Ikke bare er A2744_YD4 den fjerneste galaksen som foreløpig er observert av ALMA,» sier Nicolas Laporte, «men påvisningen av så mye støv indikerer at supernovaer allerede må ha rukket å forurense galaksen på denne tiden.»

Kosmiske støvkorn er bare er en milliondel av en centimeter på tvers, og består hovedsakelig av silisium, karbon og aluminium. De kjemiske grunnstoffene funnet i disse kornene er blitt produsert inni stjerner, for deretter å ha blitt spredt utover kosmos når stjernene dør i spektakulære supernovaeksplosjoner, som er den endelige skjebnen til kortlivede, massive stjerner. I dag er det rikt med støv i universet, og støvet er en sentral byggestein i dannelsen av stjerner, planeter og komplekse molekyler. Men i det tidlige universet – i tiden før de første generasjonene av stjerner døde ut – var det knapt stjernestøv.

Det er mulig å observere den støvete galaksen A2744_YD4 fordi denne galaksen ligger bak den massive galaksehopen Abell 2744 [2]. Galaksehopen fungerte som et gigantisk kosmisk «teleskop» som forstørrer den mer fjerne A2744_YD4 om lag 1,8 ganger, et fenomen kalt gravitasjonslinsing. Slik kunne teamet kikke langt tilbake i det tidlige universet.

ALMA-observasjonene viste også glødende stråling av ionisert oksygen fra A2744_YD4. Dette er den mest fjerntliggende – og dermed den tidligste – påvisning av oksygen i universet, og overgår dermed et ALMA-resultat fra 2016.

Påvisningen av støv så tidlig i universets historie gir ny informasjon om når de første supernovaene eksploderte, og dermed den tiden da de første varme stjernene sendte lyset sitt utover universet. Å bestemme tidspunktet for denne kosmiske soloppgangen er en av de viktigste spørsmålene i moderne astronomi, og dette kan undersøkes indirekte gjennom studier av ungt, interstellart støv.

Teamet anslår at A2744_YD4 inneholdt en mengde støv som tilsvarer 6 millioner ganger massen til vår egen sol, mens galaksen totale stjernemasse – det vil si massen av alle dens stjerner – var 2 milliarder ganger massen til vår egen sol. Teamet har også målt hyppigheten av stjernedannelse i A2744_YD4, og fant at det dannes omtrent 20 solmasser med stjerner per år, sammenlignet med bare én solmasse per år i Melkeveigalaksen [3].

«Dette produksjonsnivået er ikke uvanlig for en fjern galakse, men det det gjør er å kaste lys over hvor raskt støvet i A2744_YD4 ble dannet», forklarer Richard Ellis (ESO og University College London), medforfatter av studien. «Den påkrevde tiden er på rundt 200 millioner år – så vi er vitne til denne galaksen kort tid etter at den ble dannet.»

Dette betyr at stjernedannelsen i galaksen begynte rundt 200 millioner år før den epoken hvor galaksen er blitt observert. Dette gir ALMA en flott mulighet til å studere tiden da de første stjernene og galaksene ble «skrudd på» – den tidligste epoke ennå undersøkt. Solen vår, planeten vår og vår eksistens er resultatet – 13 milliarder år senere – av denne første generasjonen av stjerner. Ved å studere disse stjernenes dannelse, liv og død, utforsker vi vår egen opprinnelse.

«Utsiktene er svært lovende for å utføre dypere og mer omfattende observasjoner med ALMA av lignende galakser på disse tidlige tidene i universets historie», sier Ellis.

Og Laporte konkluderer: «Ytterligere målinger av denne typen gir oss muligheten til å spore stjernedannelse og dannelsen av de tyngre grunnstoffene enda lenger tilbake i tid i det tidlige universet.»

Fotnoter

[1] Dette tidspunktet tilsvarer en rødforskyvning på z = 8,38, som er i reioniseringsepoken av universets historie.

[2] Abell 2744 er et massivt objekt som er tenkt å være resultat av en kollisjon mellom fire mindre galaksehoper. Galaksehopen ligger 3,5 milliarder lysår unna oss (rødforskyvning 0,308) og har fått tilnavnet Pandoras hop grunn av de mange merkelige og ulike fenomenene som ble utløst av den enorme kollisjonen som inntraff over en periode på ca. 350 millioner år. Galaksene utgjør bare fem prosent av hopens masse, mens mørk materie utgjør syttifem prosent. Dette gir galaksehopen den massive gravitasjonelle innvirkningen som er nødvendig for å bøye og forstørre lys fra bakgrunnsgalakser. De resterende tjue prosent av den totale masse er antatt å være i form av varm gass.

[3] Dette betyr at den totale massen av stjernene som dannes hvert år, er ekvivalent med 20 ganger massen av solen.

Mer informasjon

Denne studien ble presentert i en artikkel med tittelen «Dust in the Reionization Era: ALMA Observations of a z =8.38 Gravitationally-Lensed Galaxy» av Laporte et al. som kommer i The Astrophysical Journal Letters.

Teamet består av N. Laporte (University College London, UK), R. S. Ellis (University College London, UK; ESO, Garching, Tyskland), F. Boone (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), Toulouse, Frankrike), F. E. Bauer (Pontificia Universidad Católica de Chile, Instituto de Astrofísica, Santiago, Chile), D. Quénard (Queen Mary University of London, London, UK), G. Roberts-Borsani (University College London, UK), R. Pelló (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), Toulouse, Frankrike), I. Pérez-Fournon (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Spain; Universidad de La Laguna, Tenerife, Spania), and A. Streblyanska (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Spania; Universidad de La Laguna, Tenerife, Spania).

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

Maria Hammerstrøm
Institutt for teoretisk astrofysikk, Universitetet i Oslo
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

Nicolas Laporte
University College London
United Kingdom
Tlf.: +44 2 035 495 802
Mob.: +44 7452 807 591
E-post: n.laporte@ucl.ac.uk

Richard Ellis
ESO
Garching bei München, Germany
Tlf.: +44 7885 403334
Mob.: +49 151 629 56829
E-post: rellis@eso.org

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 eso1708 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.:eso1708nb
Navn:A2744_YD4
Type:Early Universe : Galaxy
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
Science data:2017ApJ...837L..21L

Bilder

Kunstnerisk fremstilling av den fjerne, støvete galaksen A2744_YD4
Kunstnerisk fremstilling av den fjerne, støvete galaksen A2744_YD4
ALMA og Hubbleteleskopet ser på den fjerne, støvete galaksen A2744_YD4
ALMA og Hubbleteleskopet ser på den fjerne, støvete galaksen A2744_YD4

Videoer

ESOcast 99 Light: ALMA Sheds Light on the First Stars (4K UHD)
ESOcast 99 Light: ALMA Sheds Light on the First Stars (4K UHD)
kun på engelsk
Kunstnerisk fremstilling av støvdannelse fra en supernova i A2744_YD4
Kunstnerisk fremstilling av støvdannelse fra en supernova i A2744_YD4
Zoom inn på den unge, støvete galaksen A2744_YD4
Zoom inn på den unge, støvete galaksen A2744_YD4

Se også