eso1522fi — Tutkimustiedote

Kaikkien aikojen yksityiskohtaisin kuva etäisestä maailmankaikkeudesta

ALMA:n havainnot Einsteinin renkaasta paljastavat poikkeuksellisia yksityiskohtia

8. kesäkuuta 2015

ALMA:n pitkän perusviivan kampanja on tuottanut häikäisevän yksityiskohtaisen kuvan etäisestä, gravitaatiolinssiytyneestä galaksista. Kuva esittää suurennettua näkymää galaksin tähtienmuodostusalueista, jonka kaltaisia ei ole milloinkaan ennen nähty näin yksityiskohtaisesti näin etäisestä galaksista. Uudet havainnot ovat paljon yksityiskohtaisempia kuin NASA:n ja ESA:n Hubble-avaruusteleskoopin ottamat ja paljastavat galaksista jättimäistä Orionin sumua muistuttavia tähtiä muodostavia kasautumia.

ALMA:n pitkän perusviivan kampanja on tuottanut ällistyttäviä havaintoja ja koonnut ennennäkemättömän yksityiskohtaista tietoa niin läheisen kuin etäisenkin maailmankaikkeuden asukkaista. Vuoden 2014 lopussa kampanjan osana tehdyt havainnot keskitettiin etäiseen, nimellä HATLAS J090311.6+003906 tunnettuun galaksiin, joka tunnetaan myös nimellä SDP.81. Tästä galaksista tuleva valo on kosmisena linssinä tunnetun kosmisen ilmiön uhri. Galaksin SDP.81 ja ALMA:n välissä oleva suuri galaksi toimii linssinä, kaareuttaen etäisemmän galaksin valoa ja luoden lähes täydellisen esimerkin Einsteinin renkaana [2] tunnetusta ilmiöstä.

Ainakin kuusi ryhmää tiedemiehiä [3] on itsenäisesti analysoinut ALMA:n aineistoa galaksista SDP.81. Tämä tutkimusjulkaisujen ryöppy on tuonut julki ennennäkemätöntä tietoa galaksista, paljastaen yksityiskohtia sen rakenteesta, sisällöstä, liikkeestä ja muista sen fysikaalisista piirteistä.

ALMA toimii interferometrinä. Yksinkertaisesti sanottuna teleskoopin useat antennit toimivat täydellisesti yhteen kerätessään valoa valtavana virtuaaliteleskooppina [4]. Sen seurauksena näiden uusien, galaksista SDP.81 otettujen kuvien resoluutio on jopa kuusi kertaa korkeampi [5] kuin NASA:n ja ESA:n Hubble-avaruusteleskoopin ottamien infrapunakuvien.

Tähtitieteilijöiden hienostuneet mallit paljastavat hienoja, ennennäkemättömiä rakenteita galaksissa SDP.81. Ne ovat kylmän molekylaarisen kaasun jättimäisiksi varastoiksi oletettuja tomupilviä, joissa syntyy tähtiä ja planeettoja. Nämä mallit pystyivät korjaamaan suurentavan gravitaatiolinssin aiheuttamat vääristymät.

Sen seurauksena ALMA:n havainnot ovat niin tarkkoja, että tutkijat pystyvät näkemään galaksissa tähtienmuodostusalueita, jotka ovat niinkin pieniä kuin 100 valovuotta, mikä vastaa Orionin suuren sumun jättimäisten versioiden havaitsemista, jotka tuottavat tuhansia kertoja sitä enemmän uusia tähtiä, maailmankaikkeuden äärilaidoilla. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tämä ilmiö on nähty näin valtavilla etäisyyksillä.

"Korjattu ALMA:n kuva galaksista on vaikuttava," sanoo Rob Ivison, yksi kahden julkaisun kirjoittajista ja ESO:n tiedejohtaja. "ALMA:n valtava valonkeruuala, sen antennien suuret etäisyydet ja Atacaman autiomaan yllä olevan ilmakehän vakaus johtavat kaikki erittäin hienoihin yksityiskohtiin sekä kuvissa että spektreissä. Tämä tarkoittaa sitä, että me saamme hyvin herkkiä havaintoja sekä myös tietoa siitä kuinka galaksin eri osat liikkuvat. Me voimme tutkia galakseja maailmankaikkeuden toisella laidalla niiden yhtyessä ja muodostaessa valtavia määriä tähtiä. Tämä on juuri sitä, joka saa minut liikkeelle aamulla!"

Käyttäen ALMA:n kokoamaa spektriaineistoa tähtitieteilijät ovat myös mitanneet kuinka etäinen galaksi pyörii keskustansa ympäri ja arvioineet sen massan. Aineistosta paljastuu, että tämän galaksin kaasu on epävakaata: sen kasautumat romahtavat kasaan ja muuttuvat tulevaisuudessa mitä todennäköisimmin uusiksi, jättimäisiksi tähtienmuodostusalueiksi.

On huomattavaa, että linssi-ilmiön mallintaminen viittaa myös etualan linssigalaksin keskustassa olevan supermassiivisen mustan aukon olemassaoloon [6]. Galaksin SDP.81 keskiosat ovat liian himmeitä havaittavaksi, mikä johtaa päätelmään, että etualan galaksissa on supermassiivinen musta aukko, jonka massa on yli 200-300 miljoonaa Auringon massaa.

Tästä yksittäisestä ALMA:n havaintosarjasta julkaistavien tutkimusjulkaisujen määrä kertoo teleskoopin korkean resoluution ja valonkeruutehon mahdollisuuksien luomasta innostuneisuudesta. Se osoittaa myös kuinka tähtitieteilijöiden on mahdollista tehdä lisää löytöjä ALMA:n avulla tulevina vuosina, avaten siten lisää kysymyksiä etäisten galaksien luonteesta.

Lisähuomiot

[1] Linssiytynyt galaksi nähdään sellaisena kuin se oli maailmankaikkeuden ollessa vain 15% nykyisestä iästään, vain 2.4 miljardia vuotta Alkuräjähdyksen jälkeen. Valolta on kestänyt yli kaksi kertaa Maapallon iän verran aikaa saavuttaa meidät (11.4 miljardia vuotta) sen kiertäessä matkallaan massiivisen, meitä suhteellisen lähellä neljän miljardin valovuoden etäisyydellä olevan etualan galaksin ympäri.

[2] Albert Einstein ennusti gravitaatiolinssit osana yleistä suhteellisuusteoriaa. Hänen teoriansa mukaan kappaleet taivuttavat aikaa ja avaruutta. Kaikki tätä kaareutunutta aika-avaruutta lähestyvä valo seuraa kappaleen muodostamaa kaareutuneisuutta. Tämän ansiosta erityisen massiiviset kohteet — valtavat galaksit ja galaksijoukot — toimivat kosmisina suurennuslaseina. Einsteinin rengas on erityinen gravitaatiolinssin tyyppi, jossa Maapallo, etualan linssiyttävä galaksi ja taustan linssiytynyt galaksi ovat suoralla linjalla, mikä muodostaa sopusuhtaisen valorenkaan muotoisen vääristymän. Tätä ilmiötä selitetään A-videossa.

[3] Tutkimusryhmät on lueteltu alla.

[4] ALMA:n kyky nähdä hienojakoisimpia yksityiskohtia saavutetaan antennien ollessa suurimmilla etäisyyksillä, jopa 15 kilometrin päässä toisistaan. Vertailun vuoksi täällä voi nähdä varhaisempia ALMA:lla tehtyjä havaintoja antennien ollessa lähempänä toisiaan, vain noin 500 metrin etäisyyksillä.

[5] Tästä havaintoaineistosta voidaan mitata yksityiskohtia 0.023 kaarisekunnin eli 23 millikaarisekunnin tarkkuudella. Hubble havaitsi tätä galaksia lähi-infrapuna-aallonpituuksilla, noin 0.16 kaarisekunnin tarkkuudella. Huomaa kuitenkin, että lyhyemmillä aallonpituuksilla havaittaessa Hubble pääsee korkeampiin resoluutioihin, lähiultraviolettiaallonpituuksilla jopa 0.022 kaarisekuntiin. ALMA:n tarkkuutta voidaan säätää, havaintojen tyypistä riippuen, siirtämällä antenneja loitommas tai lähemmäs toisiaan. Näitä havaintoja tehdessä käytettiin laajinta etäisyyttä, minkä ansiosta paras resoluutio ole mahdollinen.

[6] Korkean resoluution ALMA-kuvan ansiosta tutkijat voivat katsoa taustan galaksin keskustaa, jonka oletetaan näkyvän Einsteinin renkaan keskellä. Jos etualan galaksilla on supermassiivinen musta aukko ytimessään, keskustan kuva on himmeämpi. Keskustan kuvan himmeys antaa tietoja etualan galaksin mustan aukon massasta.

Lisätietoa

Tätä tutkimusta on esitelty seitsemässä julkaisussa, jotka ilmestyvät lähitulevaisuudessa. Tutkimusryhmät on lueteltu alla.

http://arxiv.org/abs/1503.07605
Yoichi Tamura (Tokion yliopisto), Masamune Oguri (Tokion yliopisto), Daisuke Iono (Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio/SOKENDAI), Bunyo Hatsukade (Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio), Yuichi Matsuda (Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio/SOKENDAI) ja Masao Hayashi (Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio).

http://arxiv.org/abs/1503.08720
Simon Dye (University of Nottingham), Christina Furlanetto (University of Nottingham; CAPES Foundation, Ministry of Education of Brazil, Brazil), Mark Swinbank (Durham University), Catherine Vlahakis (Joint ALMA Observatory, Chile; ESO, Chile), James Nightingale (University of Nottingham), Loretta Dunne (University of Canterbury, New Zealand; Institute for Astronomy [IfA], Royal Observatory Edinburgh), Steve Eales (Cardiff University), Ian Smail (Durham), Ivan Oteo-Gomez (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Todd Hunter (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA), Mattia Negrello (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Vicolo Osservatorio, Padova, Italy), Helmut Dannerbauer (Universitat Wien, Vienna, Austria), Rob Ivison (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Raphael Gavazzi (Universite Pierre et Marie Curie, Paris), Asantha Cooray (California Institute of Technology, USA) and Paul van der Werf (Leiden University, The Netherlands).

http://arxiv.org/abs/1505.05148
Mark Swinbank (Durham University), Simon Dye (University of Nottingham), James Nightingale (University of Nottingham), Christina Furlanetto (University of Nottingham; CAPES Foundation, Ministry of Education of Brazil, Brazil), Ian Smail (Durham), Asantha Cooray (California Institute of Technology, USA), Helmut Dannerbauer (Universitat Wien, Vienna, Austria), Loretta Dunne (University of Canterbury, New Zealand; Institute for Astronomy [IfA], Royal Observatory Edinburgh), Steve Eales (Cardiff University), Raphael Gavazzi (Universite Pierre et Marie Curie, Paris), Todd Hunter (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA), Rob Ivison (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Mattia Negrello (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Vicolo Osservatorio, Padova, Italy), Ivan Oteo-Gomez (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Renske Smit (Durham), Paul van der Werf (Leiden University, The Netherlands), and Catherine Vlahakis (Joint ALMA Observatory, Chile; ESO, Chile).

http://arxiv.org/abs/1503.05558
Kenneth C. Wong (Tähtitieteen ja astrofysiikan laitos, Academia Sinica (ASIAA), Taipei, Taiwan), Sherry H. Suyu (ASIAA, Taiwan), Satoki Matsushita (ASIAA, Taiwan)

http://arxiv.org/abs/1503.07997
Bunyo Hatsukade (Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio, Tokio, Japani) Yoichi Tamura (Tähtitieteen laitos, Tokion yliopisto, Tokio, Japani), Daisuke Iono (Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio; The Graduate University for Advanced Studies [SOKENDAI], Tokio, Japani), Yuichi Matsuda (Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio), Masao Hayashi (Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio), Masamune Oguri (Varhaisen maailmankaikkeuden tutkimuskeskus, Tokion yliopisto, Tokio, Japani; Fysiikan laitos, Tokion yliopisto, Tokio, Japani; Maailmankaikkeuden fysiikan ja matematiikan Kavli-instituutti [Kavli IPMU, WPI], Tokion yliopisto, Chiba, Japani)

http://arxiv.org/abs/1503.02652
The ALMA Partnership, C. Vlahakis (Joint ALMA Observatory [JAO]; ESO) , T. R. Hunter (National Radio Astronomy Observatory [NRAO]), J. A. Hodge (NRAO) , L. M. Pérez (NRAO) , P. Andreani (ESO), C. L. Brogan (NRAO) , P. Cox (JAO, ESO) , S. Martin (Institut de Radioastronomie Millimétrique [IRAM]) , M. Zwaan (ESO) , S. Matsushita (Tähtitieteen ja astrofysiikan laitos, Taiwan) , W. R. F. Dent (JAO, ESO), C. M. V. Impellizzeri (JAO, NRAO), E. B. Fomalont (JAO, NRAO), Y. Asaki (Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio; Avaruuden ja avaruuslentotieteiden laitos (ISAS), Japan Aerospace Exploration Agency [JAXA]) , D. Barkats (JAO, ESO) , R. E. Hills (Astrophysics Group, Cavendish Laboratory), A. Hirota (JAO; Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio), R. Kneissl (JAO, ESO), E. Liuzzo (INAF, Istituto di Radioastronomia), R. Lucas (Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble) , N. Marcelino (INAF), K. Nakanishi (JAO, Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio), N. Phillips (JAO, ESO), A. M. S. Richards (University of Manchester), I. Toledo (JAO), R. Aladro (ESO), D. Broguiere (IRAM), J. R. Cortes (JAO, NRAO), P. C. Cortes (JAO, NRAO), D. Espada (ESO, Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio), F. Galarza (JAO), D. Garcia-Appadoo (JAO, ESO), L. Guzman-Ramirez (ESO), A. S. Hales (JAO, NRAO) , E. M. Humphreys (ESO) , T. Jung (Korea Astronomy and Space Science Institute) , S. Kameno (JAO, Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio) , R. A. Laing (ESO), S. Leon (JAO,ESO) , G. Marconi (JAO, ESO) , A. Mignano (INAF) , B. Nikolic (Astrophysics Group, Cavendish Laboratory), L. A. Nyman (JAO, ESO), M. Radiszcz (JAO), A. Remijan (JAO, NRAO), J. A. Rodón (ESO), T. Sawada (JAO, Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio), S. Takahashi (JAO, Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio), R. P. J. Tilanus (Leidenin yliopisto), B. Vila Vilaro (JAO, ESO), L. C. Watson (ESO), T. Wiklind (JAO, ESO), Y. Ao (Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio) , J. Di Francesco (National Research Council Herzberg Astronomy & Astrophysics), B. Hatsukade (Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio), E. Hatziminaoglou (ESO), J. Mangum (NRAO), Y. Matsuda (Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio), E. Van Kampen (ESO), A. Wootten (NRAO), I. De Gregorio-Monsalvo (JAO, ESO), G. Dumas (IRAM), H. Francke (JAO), J. Gallardo (JAO), J. Garcia (JAO), S. Gonzalez (JAO), T. Hill (ESO), D. Iono (Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio), T. Kaminski (ESO), A. Karim (Tähtitieteen Argelander-instituutti), M. Krips (IRAM), Y. Kurono (JAO, Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio) , C. Lonsdale (NRAO), C. Lopez (JAO), F. Morales (JAO), K. Plarre (JAO), L. Videla (JAO), E. Villard (JAO, ESO), J. E. Hibbard (NRAO), K. Tatematsu (Japanin kansallinen tähtitieteen observatorio)

http://arxiv.org/abs/1503.02025
M. Rybak (Max Planck Institute for Astrophysics), J. P. McKean (Alankomaiden radiotähtitieteen instituutti; Groningenin yliopisto) S. Vegetti (Astrofysiikan Max Planck -instituutti), P. Andreani (ESO) ja S. D. M. White (Astrofysiikan Max Planck -instituutti)

Kansainvälinen tähtitieteen tutkimuslaitos Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) on ESO:n, US National Science Foundationin (NSF) ja Japanin National Institutes of Natural Sciencesin (NINS)  kumppanuushanke yhteistyössä Chilen kanssa. ALMA:a rahoittavat Euroopan eteläinen observatorio (ESO) jäsenmaidensa puolesta, NSF yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiedeneuvoston (NSC) kanssa sekä Japanin kansalliset luonnontieteelliset instituutit (NINS) yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) ja Korea Astronomy and Space Science Instituten (KASI) kanssa.

ALMA:n rakentamista ja toimintaa ohjaa Euroopan osalta ESO, Pohjois-Amerikan osalta Kansallinen radiotähtitieteen observatorio (NRAO), jota hallinnoi Associated Universities, Inc. (AUI), ja Itä-Aasian osalta Japanin Kansallinen tähtitieteellinen observatorio (NAOJ). Yhteinen ALMA-observatorio (JAO) huolehtii ALMA:n rakentamisen, kokoonpanon ja operaation yhtenäisestä johdosta ja hallinnoinnista.

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 16 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla Very Large Telescope (VLT), maailman kehittynein näkyvää valoa havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, ja kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja on maailman suurin kartoitusteleskooppi. VLT Survey Telescope on suurin vartavasten taivaan näkyvän valon kartoitukseen suunniteltu teleskooppi. ESO on yksi maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, ALMA-teleskoopin pääyhteistyökumppaneista. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista E-ELT -teleskooppia (European Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

Yhteystiedot

Rami Rekola
Tuorlan observatorio
Piikkiö, Finland
Matkapuhelin: +358 44 967 2424
Sähköposti: rareko@utu.fi

Lars Lindberg Christensen
Head of ESO ePOD
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6761
Matkapuhelin: +49 173 3872 621
Sähköposti: lars@eso.org

Connect with ESO on social media

Tämä on ESO:n lehdistötiedotteen käännös eso1522.

Tiedotteesta

Tiedote nr.:eso1522fi
Nimi:HATLAS J090311.6+003906, SDP 81
Tyyppi:Early Universe : Galaxy : Type : Gravitationally Lensed
Early Universe : Cosmology : Phenomenon : Lensing
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
Science data:2015PASJ...67...93H
2015PASJ...67...72T
2015MNRAS.453L..26R
2015MNRAS.452.2258D
2015MNRAS.451L..40R
2015ApJ...811..115W
2015ApJ...808L...4P
2015ApJ...806L..17S

Kuvat

Montage of the SDP.81 Einstein Ring and the lensed galaxy
Montage of the SDP.81 Einstein Ring and the lensed galaxy
Englanniksi
The lensed galaxy
The lensed galaxy
Englanniksi
The Einstein Ring SDP.81 seen with ALMA
The Einstein Ring SDP.81 seen with ALMA
Englanniksi
Hubble image of the region around SDP.81
Hubble image of the region around SDP.81
Englanniksi
Montage of the SDP.81 Einstein Ring and the lensed galaxy (no annotations)
Montage of the SDP.81 Einstein Ring and the lensed galaxy (no annotations)
Englanniksi

Videot

Gravitational lensing of distant star-forming galaxies (schematic)
Gravitational lensing of distant star-forming galaxies (schematic)
Englanniksi
Gravitational lensing of distant star-forming galaxies (schematic)
Gravitational lensing of distant star-forming galaxies (schematic)
Englanniksi

Katso myös