eso1817hu — Tudományos közlemények

Az ALMA és a VLT a vártnál több nagy tömegű csillagot talált a közeli és távoli csillagontó galaxisokban is

2018. június 4.

A csillagászok az ALMA és a VLT távcsövekkel kimutatták, hogy mind a korai világegyetem csillagontó galaxisaiban, mind egy hozzánk közeli galaxis egy csillagkeletkezési régiójában sokkal nagyobb arányban találhatóak nagy tömegű csillagok, mint a nyugodtabb galaxisokban. Ez a felfedezés kihívás elé állítja a galaxisok fejlődésére vonatkozó jelenlegi elképzeléseinket, és átírja a csillagkeletkezés és a nehéz kémiai elemek feldúsulásának általunk ismert kozmikus történelmét.

Az Edinburgh-i Egyetemen dolgozó Zhi-Yu Zhang által vezetett, a távoli világegyetemet vizsgáló csillagászcsoport az Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) távcsőrendszer segítségével tanulmányozta a nagy tömegű csillagok részarányát négy távoli, gázban gazdag csillagontó galaxisban [1]. Ezeket a galaxisokat a világegyetem mainál sokkal fiatalabb korszakában figyelhetjük meg, amelyek ezért minden bizonnyal még kevés korábbi csillagkeletkezési perióduson mentek keresztül. Ez megkönnyíti az eredmények értelmezését.

Zhang munkatársaival egy, a szénizotópos kormeghatározáshoz hasonló új módszert dolgozott ki, amely során szén-monoxid különböző fajtáinak mennyiségét vizsgálták négy porfelhőkbe burkolózó, nagyon távoli csillagontó galaxisban [2]. A módszer keretében két különböző szénizotópot tartalmazó szén-monoxid molekulafajta arányát mérték meg [3].

A szén- és oxigénizotópok más és más forrásból származnak” – magyarázza Zhang. – „A 18-as tömegszámú 18O izotóp nagy tömegű csillagokban keletkezik, míg a 13-as tömegszámú 13C izotóp inkább kis és közepes tömegű csillagokból származik.” A módszer segítségével a csillagászok most először tudták a vastag porrétegen keresztülpillantva megállapítani a csillagok tömegét ezekben a galaxisokban.

Egy csillag fejlődési útja a tömegétől függ messze a legerősebben. A nagy tömegű csillagok fényesen ragyognak, ám rövid életűek, míg a kisebb tömegű társaik, mint például a Nap, bár szerényebben fénylenek, de évmilliárdokig élnek. A galaxisokban keletkező különböző tömegű csillagok egymáshoz viszonyított részarányának ismerete ezért elengedhetetlenül fontos ahhoz, hogy a csillagászok a világegyetem korszakain átívelve tudják modellezni a galaxisok keletkezését és fejlődését. Ettől az aránytól függ az újabb csillagok és bolygórendszereik keletkezéséhez rendelkezésre álló kémiai elemek relatív mennyisége. De ez határozza meg azon kisebb fekete lyukak számát is, amelyek később összeolvadva létrehozhatják a galaxisok közepén megtalálható szupernagy tömegű fekete lyukakat.

Donatella Romano, a kutatócsoport egyik tagja, az olasz INAF-Asztrofizikai és Űrtudományi Obszervatórium munkatársa beavat bennünket a csoport eredményeibe: „A 18O izotóp 13C izotóphoz viszonyított aránya mintegy tízszer nagyobbnak bizonyult ezekben a fiatal csillagontó galaxisokban, mint a Tejútrendszerhez hasonló csillagvárosokban. Ez annak a jele, hogy sokkal több bennük a nagy tömegű csillag.

Az ALMA eredményeit megerősítette egy másik, a közeli világegyetem megfigyeléséből származó eredmény is. Az angliai Oxfordi Egyetemen dolgozó Fabian Schneider az ESO Nagyon Nagy Távcsövével (VLT), spektroszkópiai módszerrel figyelt meg 800 csillagot a Nagy-Magellán-felhő hatalmas csillagkeletkezési régiójában, a 30 Doradusban. Schneider a csillagok kor és keletkezési tömeg szerinti eloszlását vizsgálta [4].

A napnál legalább 30-szor nagyobb tömegű csillagokból mintegy 30%-kal, míg legalább 60 naptömegű csillagból 70%-kal találtunk többet a vártnál. Az eredményeink megkérdőjelezik a korábban elfogadott 150 naptömeges határt is, amellyel egy csillag még létrejöhet. Úgy tűnik, hogy létezhetnek akár 300 naptömegű csillagok is!” – lelkesedett Schneider.

Rob Ivison, a friss ALMA szakcikk egyik társszerzője vonja le a következtetést: „Felfedezéseink a kozmikus történelem újragondolására sarkallnak bennünket. A világegyetem fejlődését modellező csillagászoknak most vissza kell térniük az íróasztalaikhoz, hogy tovább csiszolják az elméleteiket.

Megjegyzés

[1] A csillagontó galaxisok olyan csillaghalmazok, amelyek éppen rendkívül heves csillagkeletkezési időszakon mennek keresztül. Ezekben akár ezerszer gyorsabb ütemben keletkezhetnek a csillagok, mint jelenleg a saját galaxisunkban, a Tejútrendszerben. Ezeknek a galaxisoknak a nagy tömegű csillagai ionizáló sugárzást, erős csillagszelet, és szupernóva-robbanásokat okoznak, így jelentős hatással vannak az őket körülvevő közeg dinamikai és kémiai fejlődésére. Ezekben a galaxisokban a csillagok tömegeloszlását vizsgálva többet tudhatunk meg ezen csillagvárosok, és általában a világegyetem fejlődéséről is.

[2] A szénizotópos kormeghatározás módszerével meg tudjuk mérni a szerves anyagokat tartalmazó tárgyak korát. A folyamatosan bomló radioaktív 14C izotóp mennyiségének mérésével egy növényi vagy állati maradványról megállapítható, hogy az mikor élt. Az ALMA által vizsgált 13C és 18O izotópok stabilak, és folyamatosan dúsulnak a galaxisok élete során, amint a csillagok belsejében zajló fúziós reakciók létrehozzák őket.

[3] Azokat a különböző fajta molekulákat, amelyek csak az atomjaikban lévő neutronok számában különböznek egymástól, izotopológoknak nevezzük. Az itt ismertetett tanulmányban használt szén-monoxid molekulák jó példái ennek, mert bennük a stabil szénatomok tömegszáma 12 vagy 13 lehet, míg a stabil oxigénatomok tömegszáma 16, 17 vagy 18.

[4] Schneider és munkatársai egyedi csillagokat vizsgáltak a közeli Nagy-Magellán-felhő 30 Doradus (Tarantula-köd) csillagkeletkezési régiójában a Nagyon Nagy Távcsövön (VLT) működő Fibre Large Array Multi Element Spectrograph (FLAMES) műszer használatával. Ez volt az első kellően részletes vizsgálat, ami által kiderülhetett, hogy a világegyetem különböző csillagkeletkezési régióiban a csillagok tömegeloszlása eltérhet a Tejútrendszerben megfigyelhetőtől.

További információ

Az ALMA eredményeket bemutató, "Stellar populations dominated by massive stars in dusty starburst galaxies across cosmic time" című szakcikk a Nature folyóirat 2018. június 4-i számában jelent meg. A VLT eredményeket pedig "An excess of massive stars in the local 30 Doradus starburst" című szakcikkben a Science folyóirat 2018. január 5-i számában közölték a szerzők.

Az ALMA kutatócsoport tagjai: Z. Zhang (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Egesült Királyság; European Southern Observatory, Garching bei München, Németország), D. Romano (INAF, Osservatorio Astronomico di Bologna, Bologna, Olaszország), R. J. Ivison (European Southern Observatory, Garching bei München, Németország; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Egyesült Királyság), P .P. Papadopoulos (Research Center for Astronomy, Academy of Athens, Athén, Görögország; Department of Physics, Aristotle University of Thessaloniki, Szaloniki, Görögország) és F. Matteucci (INAF, Osservatorio Astronomico di Trieste, Trieszt, Olaszország; INFN, Sezione di Trieste, Trieszt, Olaszország)

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

Az ESO a legfontosabb kormányközi csillagászati szervezet Európában, és messze a legeredményesebb földfelszíni csillagászati obszervatórium az egész világon. Tizenhat tagország támogatja: Ausztria, Belgium, Csehország, Dánia, az Egyesült Királyság, Finnország, Franciaország, Hollandia, Lengyelország, Németország, Olaszország, Portugália, Spanyolország, Svájc és Svédország. Ezt a sort  egészíti ki az ESO obszervatóriumainak befogadóországaként Chile, valamint stratégiai partnerként Ausztrália. Az ESO ambiciózus programjának fő célkitűzése hatékony földi megfigyelő műszerek tervezése, kivitelezése és működtetése fókuszál annak érdekében, hogy a csillagászok élvonalbeli fontos tudományos felfedezéseket tehessenek. Az ESO vezető szerepet játszik csillagászati együttműködések elősegítésében és szervezésében. Az ESO három világszínvonalú megfigyelő helyet tart fenn Chilében. Ezek: La Silla, Paranal és Chajnantor. Paranalon üzemel a Nagyon Nagy Távcső (VLT), a világ legkorszerűbb látható hullámhosszakon üzemelő csillagászati obszervatóriuma, és két égboltfelmérő távcső. A világ legnagyobb égboltfelmérő teleszkópja, a VISTA az infravörös hullámhossztartományban működik, míg a VLT Égboltfelmérő Távcső az optikai hullámhosszak legnagyobb dedikált égboltfelmérő műszere. Az ESO vezető résztvevő az ALMA-együttműködésben, ami jelenleg a legnagyobb létező csillagászati projekt. Mindezeken túl épül már a Paranalhoz közeli Cerro Armazones tetején az ESO 39-méteres Rendkívül Nagy Távcsöve (ELT) is. Ez lesz a világ „égre néző legnagyobb szeme”.

Linkek

Kapcsolat

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

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

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

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

Connect with ESO on social media

Ez az ESO eso1817 sz. sajtóközleményének fordítása

A sajtóközleményről

Közlemény száma:eso1817hu
Típus:Early Universe : Galaxy : Activity : Starburst
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, Very Large Telescope
Instruments:FLAMES
Science data:2018Sci...359...69S
2018Natur.558..260Z

Képek

Fantáziarajz egy poros csillagontó galaxisról
Fantáziarajz egy poros csillagontó galaxisról
A Tarantula-köd a Nagy-Magellán-felhőben
A Tarantula-köd a Nagy-Magellán-felhőben
Fantáziarajz egy poros csillagontó galaxisról
Fantáziarajz egy poros csillagontó galaxisról
Fantáziarajz egy poros csillagontó galaxisról
Fantáziarajz egy poros csillagontó galaxisról
ALMA felvételek négy távoli csillagontó galaxisról
ALMA felvételek négy távoli csillagontó galaxisról

Videók

ESOCast 163 Light: Túl sok a nagy tömegű csillag a csillagontó galaxisokban (Too Many Massive Stars in Starburst Galaxies; 4K UHD)
ESOCast 163 Light: Túl sok a nagy tömegű csillag a csillagontó galaxisokban (Too Many Massive Stars in Starburst Galaxies; 4K UHD)
Fantáziavideó egy távoli csillagontó galaxisról
Fantáziavideó egy távoli csillagontó galaxisról

Tekintse meg