eso1524is — Fréttatilkynning

Bestu sannanirnar fyrir fyrstu kynslóð stjarna í alheiminum

VLT uppgötvar CR7, björtustu fjarlægu vetrarbrautina og merki um stjörnur úr stjörnubyggð III

17. júní 2015

Stjörnufræðingar sem notuðu Very Large Telescope ESO hafa uppgötvað lang björtustu vetrarbraut sem sést hefur til þessa snemma í sögu alheimsins og fundu um leið sterkar sannanir fyrir því, að í þeim séu dæmi um fyrstu kynslóð stjarna. Þessar efnismiklu og björtu stjörnur skópu fyrstu þungu frumefnin í alheiminum — frumefnin sem eru nauðsynleg í þær stjörnur sem við sjáum í kringum okkur í dag, reikistjörnur og lífið sjálft — en hingað til hefur tilvist þeirra aðeins verið tilgáta. Vetrarbrautin nýfundna er kölluð CR7 en hún er þrisvar sinnum bjartari en bjartasta fjarlæga vetrarbrautin sem fannst á undan.

Stjörnufræðingar hafa lengi velt vöngum yfir fyrstu kynslóð stjarna í alheiminum. Slíkar stjörnur eru kallarð stjörnur í stjörnubyggð III en þær urðu til úr efnunum sem mynduðust við Miklahvell [1]. Öll þyngri frumefni náttúrunnar — svo sem súrefni, nitur, kolefni og járn, sem eru nauðsynleg lífi — mynduðust í iðrum stjarna. Það þýðir að fyrstu stjörnur alheimsins fæddust úr aðeins þremur efnum: Vetni, helíumi og liþíumi í snefilmagni.

Stjörnur í stjörnurbyggð III hljóta að hafa veri gríðarstórar, jafnvel nokkur hundruð eða þúsund sinnum efnismeiri en sólin okkar og geysilega heitar og skammlífar svo þær sprungu sem sprengistjörnur eftir aðeins um tvær milljónnir ára. Hingað til hefur leit að sönnunargögnum fyrir tilvist þessara stjarna þó lítinn árangur borið [2].

Hópur stjörnufræðinga undir forystu David Sobral við Institute of Astrophysics and Space Sciences hjá Raunvísindastofnun Lissabonháskóla í Portúgal og Leiden stjörnustöðinni í Hollandi, notaði Very Large Telescope (VLT) ESO til að skyggnast aftur í árdaga alheimsins á tímabil sem kallast endurjónunarskeiðið, um það bil 600 milljón árum eftir Miklahvell. Í stað þess rannsaka ítarlega lítil svæði á himninum gerði hópurinn umfangsmestu leit að vetrarbrautum í órafjarlægð sem gerð hefur verið.

Rannsóknin var gerð með VLT og hjálp frá W. M. Keck stjörnustðinni, Subaru sjónaukanum og Hubble geimsjónauka NASA og ESA. Stjörnufræðingarnir fundu og staðfestu fjölmargar óvenju bjartar og mjög ungar vetrarbrautir. Ein þeirra, kölluð CR7 [3], reyndist sérstaklega sjaldséð fyrirbæri, langbjartasta vetrarbrautin sem sést hefur frá þessu skeiði í alheiminum [4]. Með uppgötvun á CR7 og öðrum björtum vetrarbrautum hafði rannsóknin þegar skilað miklum árangri en við nánari skoðun kom fleira forvitnilegt í ljós.

X-shooter og SINFONI mælitækin á VLT námu sterk merki um geislun frá jónuðu helíumi í CR7 en engin merki um þung frumefni á björtum svæðum í vetrarbrautinni — sem var mikilvægara og óvæntara. Þetta þýddi að hópurinn hafði fundið fyrstu haldbæru sönnunargögnin fyrir þyrpingum stjarna úr stjörnubyggð III sem höfðu jónað gas innan vetrarbrautarinnar í árdaga alheimsins [5].

„Uppgötvunin kom okkur mjög á óvart í byrjun,“ sagði David Sobral, „þar sem við bjuggumst ekki við að finna þetta bjarta vetrarbraut. Síðan, þegar eðli CR7 kom smám saman í ljós, rann upp fyrir okkur að við höfðum ekki aðeins fundið lang björtustu fjarlægu vetrarbrautaina, heldur reyndist hún bera með sér öll þau einkenni sem búast mátti við ef hún innihéldi stjörnur úr stjörnubyggð III. Slíkar stjörnur mynduðu fyrstu þungu frumefnin í alheiminum og gerðu okkur að lokum kleift að verða til. Það gerist ekki mikið meira spennandi.“

Í CR7 fundust blárri og nokkuð rauðleitari stjörnuþyrpingar sem bendir til þess að myndun stjarna í stjörnubyggð III hafi gerst í hrinum — eins og spár gera ráð fyrir. Það sem stjörnufræðingarnir sáu með beinum hætti var ein seinasta myndunarhrina stjarna úr stjörnubyggð III. Það bendir til þess að auðveldara sé að finna slíkar stjörnur en áður var talið: Þær leynast innan um næstu kynslóð stjarna í bjartari vetrarbrautum, ekki aðeins í fyrstu, minnstu og daufustu vetrarbrautunum, sem eru svo daufar að sérstaklega erfitt er að rannsaka þær.

„Ég hef velt fyrir mér hvaðan við komum eins lengi og ég man eftir mér. Í æsku langaði mig til að vita hvaðan frumefnin komu: Kalsíumið í beinunum, kolefnið í vöðvunum, járnið í blóðinu. Ég komst að því að þessi efni urðu öll til snemma í sögu alheimsin, innan í fyrstu kynslóðum stjarna. Með þessari uppgötvun sjáum við, þótt ótrúlegt megi virðast, þessar stjörnur í fyrsta sinn, sagði Jorryt Matthee, annar höfundur greinarinnar, að lokum.

Frekari mælingar með VLT, ALMA og Hubble geimsjónauka NASA og ESA eru fyrirhugaðar til að staðfesta að það sem þegar hefur sést séu stjörnur úr stjörnubyggð III, auk þess sem leita á að fleiri dæmum.

Skýringar

[1] Nafnið stjörnubyggð III varð til vegna þess að stjörnufræðingar höfðu þegar flokkað stjörnur í Vetrarbrautinni okkar í stjörnubyggð I (þungefnaríkar stjörnur á borð við sólina okkar í vetrarbrautarskífunni) og stjörnubyggð II (eldri og þungefnasnauðar stjörnur í bungu og hjúpi Vetrarbrautarinnar og í kúluþyrpingum).

[2] Mjög snúið er að finna þessar stjörnur: Þær voru mjög skammlífar og skinu skærast á tímabili í sögu alheimsins þegar hann var að miklu leyti ógegnsær fyrir ljósinu frá þeim. Af eldri niðurstöðum má nefna: Nagao, o.fl. 2008, þar sem ekkert jónað helíum fannst; De Breuck o.fl. 2000, þar sem jónað helíum fannst en líka kolefni og súrefni, sem og greinileg merki um virkan vetrarbrautakjarna; og Cassata o.fl. 2013 þar sem jónað helíum fannst en í mjög lágum styrkleika og með kolefni og súrefni.

[3] Heitið CR7 er skammstöfun á COSMOS Redshift 7 sem tiltekur staðsetningu hennar í sögu alheimsins. Því hærra sem rauðvikið er, því fjarlægari er vetrarbrautin og því lengra aftur í sögu alheimsins sést hún. Sem dæmi hefur A1689-zD1, ein elsta vetrarbraut sem sést hefur, rauðvikið 7,5.

Nafnið sækir einnig innblástur til portúgalska knattspyrnumannsins Cristiano Ronaldo sem er þekktur sem CR7.

[4] CR7 er þrisvar sinnum bjartari en fyrri titilhafinn, Himiko, sem talin var einstök í árdaga alheimsins. Rykugar vetrarbrautir, mun seinna í sögu alheimsins, geta gefið frá sér meiri heildarorku en CR7 á formi innrauðrar geislunar frá heitu ryki. Orkan sem stafar frá CR7 er að mestu útfjólublátt/sýnilegt ljós.

[5] Stjörnufræðingarnir hugleiddu tvær aðrar kenningar: Að ljósið kæmi annað hvort frá virkum vetrarbrautarkjarna eða Wolf-Rayet stjörnum. Skortur á þungum frumefnum og aðrar vísbendingar benda sterklega gegn báðum þessum kenningum. Hópurinn kannaði líka þann möguleika að ljósið kæmi frá svartholi sem hefði myndast við beint þyngdarhrun en slík fyrirbæri eru mjög framandi og að öllu leyti kennilegs eðlis enn sem komið er. Skortur á breiðum ljómlínum og sú staðreynd að birta vetnisins og helíumsins var miklu meiri en spár um slík svarthola gera ráð fyrir bendir til þess að það sé sömuleiðis ólíkleg skýring. Skortur á röntgengeislun dregur líka úr þessum möguleika en frekari rannsókna er þörf.

Frekari upplýsingar

Skýrt er frá niðurstöðunum í greininni „Evidence for PopIII-like stellar populations in the most luminous Lyman-α emitters at the epoch of re-ionisation: spectroscopic confirmation”, eftir D. Sobral, o.fl., sem birt verður í The Astrophysical Journal.

Í rannsóknarteyminu eru David Sobral (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade de Lisboa, Lisbon, Portúgal; Departamento de Física, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa, Lisbon, Portúgal; Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Hollandi), Jorryt Matthee (Leiden Observatory), Behnam Darvish (Department of Physics and Astronomy, University of California, Riverside, California, Bandaríkjunum), Daniel Schaerer (Observatoire de Genève, Département d’Astronomie, Université de Genève, Versoix, Sviss; Centre National de la Recherche Scientifique, IRAP, Toulouse, Frakklandi), Bahram Mobasher (Department of Physics and Astronomy, University of California, Riverside, California, Bandaríkjunum), Huub J. A. Röttgering (Leiden Observatory), Sérgio Santos (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade de Lisboa; Departamento de Física, Universidade de Lisboa, Portúgal) og Shoubaneh Hemmati (Department of Physics and Astronomy, University of California, Riverside, California, Bandaríkjunum).

ESO er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og lang öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 16 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Póllands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands, auk gestaþjóðarinnar Chile. ESO heldur úti metnaðarfullum verkefnum sem miða að hönnun, smíði og starfsemi öflugra stjörnustöðva á jörðinni sem gera stjörnufræðingum kleift að gera mikilvægar uppgötvanir. ESO leikur líka lykilhlutverk í að efla og skipuleggja samstarf í stjarnvísindarannsóknum. ESO starfrækir þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er stór þátttakandi í ALMA, stærsta stjarnvísindaverkefni heims. Á Cerro Armazones, skammt frá Paranal, er ESO að smíða 39 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.

Tenglar

Tengiliðir

Sævar Helgi Bragason
Háskóli Íslands
Reykjavík, Ísland
Farsími: 8961984
Tölvupóstur: eson-iceland@eso.org

David Sobral
Universidade de Lisboa and Leiden University
Lisbon / Leiden, Portugal / The Netherlands
Sími: +351 916 700 769
Tölvupóstur: sobral@iastro.pt

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Sími: +49 89 3200 6655
Farsími: +49 151 1537 3591
Tölvupóstur: rhook@eso.org

João Retrê
Coordinator, Science Communication and Outreach Office, Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço
Lisbon, Portugal
Sími: +351 21 361 67 49
Tölvupóstur: jretre@iastro.pt

Connect with ESO on social media

Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1524.

Um fréttatilkynninguna

Fréttatilkynning nr.:eso1524is
Nafn:CR7
Tegund:Early Universe : Star : Population : III
Facility:Very Large Telescope
Instruments:FORS2, SINFONI, X-shooter
Science data:2015ApJ...808..139S

Myndir

Artist’s impression of CR7: the brightest galaxy in the early Universe
Artist’s impression of CR7: the brightest galaxy in the early Universe
texti aðeins á ensku

Myndskeið

Artist’s impression of CR7: the brightest galaxy in the early Universe
Artist’s impression of CR7: the brightest galaxy in the early Universe
texti aðeins á ensku

Sjá einnig