eso1817nb — Pressemelding

ALMA og VLT finner for mange massive stjerner i nære og fjerne starburstgalakser

4. juni 2018

Astronomer har brukt ALMA og VLT til å oppdage at både starburstgalakser i det tidlige univers og et stjernedannende område i en nærliggende galakse inneholder en mye høyere andel massive stjerner enn det som finnes i mer fredelige galakser. Disse funnene utfordrer nåværende ideer om hvordan galakser har utviklet seg, og forandrer vår forståelse av historien for kosmisk stjernedannelse og oppbyggingen av kjemiske grunnstoffer.

Et team av forskere ledet av University of Edinburgh-astronomen Zhi-Yu Zhang, brukte Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) for å undersøke andelen massive stjerner i fire fjerne, gassrike starburstgalakser [1]. Disse galaksene blir observert da universet var mye yngre enn det er nå. Disse unge galaksene har sannsynligvis ikke gjennomgått mange tidligere episoder av stjernedannelse, noe som ellers ville ha forvirret resultatene.

Zhang og hans team utviklet en ny teknikk som er analog med karbondatering (også kjent som karbon-14-datering). Teknikken brukte de for å måle mengden av forskjellige typer karbonmonoksid i fire svært fjerne, gassrike starburstgalakser [2]. De observerte forholdet mellom to typer karbonmonoksid som inneholder forskjellige isotoper [3].

«Karbon- og oksygenisotoper har forskjellig opprinnelse», forklarer Zhang. «18O er mest produsert i massive stjerner, og 13C er mest produsert i stjerner med lav eller mellomstor masse.» Takket være den nye teknikken var teamet i stand til å se gjennom støvet i disse galaksene og for første gang vurdere massene til stjernene der.

En stjernes masse er den viktigste faktoren som bestemmer hvordan stjernen vil utvikle seg. Massive stjerner skinner sterkt og har korte liv. Mindre massive stjerner, for eksempel Solen, skinner mer beskjeden i milliarder av år. Å vite andelen stjerner med forskjellige masser som dannes i galakser, danner grunnlaget for astronomers forståelse av dannelsen og utviklingen av galakser gjennom universets historie. Videre gir andelen avgjørende innsikt om de kjemiske grunnstoffene som er tilgjengelige for å danne nye stjerner og planeter, samt antall små sorte hull som kan samles for å danne de supermassive svarte hullene som vi ser i sentrum av mange galakser.

Medforfatter Donatella Romano fra INAF-Astrophysics and Space Science Observatory i Bologna forklarer hva teamet fant: «Forholdet mellom 18O og 13C var omtrent 10 ganger høyere i disse starburstgalaksene i det tidlig univers enn i galakser som Melkeveien. Dette betyr at det er en mye høyere andel av massive stjerner i disse starburstgalaksene.»

ALMA-funnet er konsistente med en annen oppdagelse i det lokale universet. Et team ledet av Fabian Schneider fra Oxford University i Storbritannia, gjorde spektroskopiske målinger med ESOs Very Large Telescope av 800 stjerner i den gigantiske stjernedannende regionen 30 Doradus i Den store magellanske sky for å undersøke den generelle fordeling av stjernenes alder og masse [4].

Schneider forklarte: «Vi fant rundt 30 % flere stjerner med masser over 30 ganger Solens masse enn forventet, og ca. 70 % flere stjerner med masse over 60 solmasser enn forventet. Våre resultater utfordrer den tidligere anslåtte grensen for den maksimale fødselsmassen til stjerner, som har vært anslått til 150 solmasser. Resultatene antyder til og med at stjerner kan ha fødselsmasser opptil 300 solmasser!»

Rob Ivison, medforfatter av det nye ALMA-artikkelen, konkluderer: «Våre funn leder oss til å stille spørsmål til vår forståelse av den kosmiske historien. Astronomer som bygger modeller av universet må nå gå tilbake til tegnebrettet, hvor enda høyere raffinement nå er nødvendig.»

Fotnoter

[1] Starburstgalakser er galakser som gjennomgår en periode med svært intens stjernedannelse. Nye stjerner kan dannes 100 ganger oftere enn i vår egen galakse, Melkeveien. Massive stjerner i disse galakser produserer ioniserende stråling, stjernestrømmer og supernovaeksplosjoner, noe som betydelig påvirker den dynamiske og kjemiske utviklingen av mediet rundt dem. Å studere massefordelingen av stjerner i disse galaksene kan fortelle oss mer om deres utvikling, samt utviklingen til universet generelt.

[2] Metoden for karbondatering brukes til å bestemme alderen på en gjenstand som inneholder organisk materiale. Ved å måle mengden 14C, som er en radioaktiv isotop, hvis overflod kontinuerlig reduseres, kan man beregne når et dyr eller en plante døde. Isotoper som brukes i ALMA-studien, 13C og 18O, er stabile og deres mengde øker kontinuerlig i løpet av en galakses levetid, og syntetiseres av termiske fusjonsreaksjoner i stjerner.

[3] Disse forskjellige formene av molekylet kalles isotopologer, og de skiller seg fra hverandre i antall nøytroner de kan ha. Karbonmonoksidmolekylene som brukes i denne studien er et eksempel på slike molekylære arter, fordi en stabil karbonisotop kan ha enten 12 eller 13 nukleoner i kjernen, og en stabil oksygenisotop kan ha enten 16, 17 eller 18 nukleon.

[4] Schneider et al. gjorde spektroskopiske observasjoner av individuelle stjerner i 30 Doradus, et stjernedannende område i den nærliggende Den store magellanske sky, ved hjelp av Fiber Large Array Multi Element Spectrograph (FLAMES) på Very Large Telescope (VLT). Denne studien var en av de første som ble gjennomført som er blitt detaljert nok til å vise at universet er i stand til å produsere stjernedannende regioner med forskjellige massefordelinger enn det vi observerer i Melkeveien.

Mer informasjon

ALMA-resultatene er publisert i den vitenskapelige artikkelen «Stellar populations dominated by massive stars in dusty starburst galaxies across cosmic time» i tidsskriftet Nature den 4. juni 2018. VLT-resultatene er publisert i den vitenskapelige artikkelen «An excess of massive stars in the local 30 Doradus starburst» i tidsskriftet Science den 5. januar 2018.

ALMA-teamet består av: Z. Zhang (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Storbritannia; European Southern Observatory, Garching bei München, Tyskland), D. Romano (INAF, Astrophysics and Space Science Observatory, Bologna, Italia), R. J. Ivison (European Southern Observatory, Garching bei München, Tyskland; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Storbritannia), P .P. Papadopoulos  (Department of Physics, Aristotle University of Thessaloniki, Thessaloniki, Hellas; Research Center for Astronomy, Academy of Athens, Athens, Hellas;) og F. Matteucci (Trieste University; INAF, Osservatorio Astronomico di Trieste; INFN, Sezione di Trieste, Trieste, Italia)

VLT-teamet består av: F.R.N. Schneider (Department of Physics, University of Oxford, Storbritannia), H. Sana (Institute of Astrophysics, KU Leuven, Belgia), C. J. Evans (UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, Edinburgh, Storbritannia), J. M. Bestenlehner (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Tyskland; Department of Physics and Astronomy, University of Sheffield, Storbritannia), N. Castro (Department of Astronomy, University of Michigan, USA), L. Fossati (Austrian Academy of Sciences, Space Research Institute, Graz, Østerrike), G. Gräfener (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Tyskland), N. Langer (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Tyskland), O. H. Ramírez-Agudelo (UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, Edinburgh, Storbritannia), C. Sabín-Sanjulián (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de La Serena, Chile),  F. Tramper (European Space Astronomy Centre, Madrid, Spania), P. A. Crowther (Department of Physics and Astronomy, University of Sheffield, Storbritannia), A. de Koter (Astronomical Institute Anton Pannekoek, Amsterdam University, Nederland; Institute of Astrophysics, KU Leuven, Belgia), S. E. de Mink (Astronomical Institute Anton Pannekoek, Amsterdam University, Nederland), P. L. Dufton (Astrophysics Research Centre, School of Mathematics and Physics, Queen’s University Belfast, Northern Ireland, Storbritannia), M. Garcia (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, Spania), M. Gieles (Department of Physics, Faculty of Engineering and Physical Sciences, University of Surrey, Storbritannia), V. Hénault-Brunet (National Research Council, Herzberg Astronomy and Astrophysics, Canada; Department of Astrophysics/Institute for Mathematics, Astrophysics and Particle Physics, Radboud University, Nederland), A. Herrero (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de La Serena, Chile), S. Simón-Díaz (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Spania; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Spania), R. G. Izzard (Department of Physics, Faculty of Engineering and Physical Sciences, University of Surrey, Storbritannia; Institute of Astronomy, The Observatories, Cambridge, Storbritannia), V. Kalari (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago, Chile), D. J. Lennon (European Space Astronomy Centre, Madrid, Spania), J. Maíz Apellániz (Centro de Astrobiología, CSIC–INTA, European Space Astronomy Centre campus, Villanueva de la Cañada, Spania), N. Markova (Institute of Astronomy with National Astronomical Observatory, Bulgarian Academy of Sciences, Smolyan, Bulgaria), F. Najarro (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, Spania), Ph. Podsiadlowski (Department of Physics, University of Oxford, Storbritannia; Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Tyskland), J. Puls (Ludwig-Maximilians-Universität München, Tyskland), W. D. Taylor (UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, Edinburgh, Storbritannia), J. Th. van Loon (Lennard-Jones Laboratories, Keele University, Staffordshire, Storbritannia), J. S. Vink (Armagh Observatory, Nord-Ireland, Storbritannia) og C. Norman (Johns Hopkins University, Baltimore, USA; Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA)

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, Danmark, Finland, Frankrike, Italia, Nederland, Polen, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike, samt vertsnasjonen Chile og med Australia som en strategisk partner. 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 og det verdensledende Very Large Telescope Interferometer, samt de to kartleggingsteleskopene VISTA som observerer i infrarødt og VLT Survey Telescope som observerer i synlig lys. ESO er også en viktig partner i to fasiliteter ved Chajnantor, APEX og ALMA, som er nåtidens største astronomiprosjekt. På Cerro Armazones, ikke langt fra Paranal, er ESO i ferd med å bygge Extremely Large Telescope (ELT). Med en speildiameter på 39 meter vil dette bli det største «øye» i verden som ser opp på himmelen.

Linker

Kontakter

Maria Hammerstrøm (oversetter & norsk pressekontakt)
Universitetet i Oslo
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

Zhi-Yu Zhang
University of Edinburgh and ESO
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49-89-3200-6910
E-post: zzhang@eso.org

Fabian Schneider
Department of Physics — University of Oxford
Oxford, United Kingdom
Tlf.: +44-1865-283697
E-post: fabian.schneider@physics.ox.ac.uk

Rob Ivison
ESO
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49-89-3200-6669
E-post: rob.ivison@eso.org

Mariya Lyubenova
ESO Outreach Astronomer
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 3200 6188
E-post: mlyubeno@eso.org

ESO i sosiale medier

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1817 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.:eso1817nb
Type:Early Universe : Galaxy : Activity : Starburst
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, Very Large Telescope
Instruments:FLAMES
Science data:2018Sci...359...69S

Bilder

Kunstnerisk fremstilling av en støvrik starburstgalakse
Kunstnerisk fremstilling av en støvrik starburstgalakse
Tarantelltåken i Den store magellanske sky
Tarantelltåken i Den store magellanske sky
Kunstnerisk fremstilling av en støvrik starburstgalakse
Kunstnerisk fremstilling av en støvrik starburstgalakse
Kunstnerisk fremstilling av en støvrik starburstgalakse
Kunstnerisk fremstilling av en støvrik starburstgalakse
ALMA-observasjoner av fire fjerne starburstgalakser
ALMA-observasjoner av fire fjerne starburstgalakser

Videoer

ESOcast 163 Light: For mange massive stjerner i starburstgalakser (4K UHD)
ESOcast 163 Light: For mange massive stjerner i starburstgalakser (4K UHD)
Kunstnerisk fremstilling av en støvrik starburstgalakse
Kunstnerisk fremstilling av en støvrik starburstgalakse

Se også