eso1530is — Fréttatilkynning

ALMA fylgist í fyrsta sinn með myndun vetrarbrauta í árdaga alheims

22. júlí 2015

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) sjónaukaröðin hefur verið notuð til að greina fjarlægustu stjörnumyndunarsvæði sem fundist hafa til þessa í venjulegum vetrarbrautum frá árdögum alheimsins. Mælingarnar nýju gera stjörnufræðingum kleift að byrja að sjá hvernig fyrstu vetrarbrautirnar mynduðust og hvernig þær leystu upp þokuna sem sveipaði alheiminn á endurjónunarskeiðinu. Þetta er í fyrsta sinn sem slíkar vetrarbrautir sjást betur en sem daufir blettir.

Þegar fyrstu vetrarbrautirnar tóku að myndast nokkur hundruð milljónum ára eftir Miklahvell var alheimurinn sveipaður þoku úr vetnisgasi. Þegar sífellt fleiri ljóslindir — bæði stjörnur og dulstirni knúin áfram af stórum svartholum — tóku að skína, hreinsuðu þær mistrið og gerðu alheiminn gegnsæjan fyrir útfjólubláu ljósi [1]. Stjörnufræðingar kalla þetta endurjónunarskeiðið en lítið er vitað um þessar fyrstu vetrarbrautir og hingað til hafa þær aðeins sést sem mjög daufir blettir. Mælingar ALMA eru nú byrjaðar að breyta því.

Hópur stjörnufræðinga undir forystu Roberto Maiolino (Cavendish Laboratory og Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge í Bretlandi) beindi ALMA að vetrarbrautum sem sjást aðeins um 800 milljón árum eftir Miklahvell [2]. Stjörnufræðingarnir voru ekki á höttunum eftir ljósi frá stjörnunum sjálfum, heldur daufri tíru jónaðs kolefnis [3] í gasskýjum sem stjörnur voru að myndast í. Stjörnufræðingarnir vildu rannsaka víxlverkunina milli ungrar kynslóðar stjarna og köldu kekkjanna sem voru að safnast saman í þessum fyrstu vetrarbrautum.

Stjörnufræðingarnir voru heldur ekki að leita að mjög björtum og sjaldgæfum fyrirbærum — eins og dulstirnum og vetrarbrautum með mjög mikla stjörnumyndun — sem hafa sést áður. Þess í stað beindu þeir sjónum sínum að mun rólegri en miklu algengari vetrarbrautum sem endurjónuðu alheiminn og urðu síðan að þeim vetrarbrautum sem við sjáum í kringum okkur í dag.

Frá einni vetrarbrautinni — merkt BDF 3299 — tókst ALMA að greina dauft en greinilegt merki um glóandi kolefni. Bjarminn barst þó ekki frá miðju vetrarbrautarinnar heldur frá einni hlið hennar.

„Þetta er fjarlægasta mæling á þessari gerð útgeislunar frá „venjulegri“ vetrarbraut sem sést innan við milljarði ára eftir Miklahvell. Hún veitir okkur tækifæri til að fylgjast með fyrstu vetrarbrautunum verða til. Í fyrsta sinn sjáum við barnungar vetrarbrautir ekki sem litla daufa bletti, heldur sem fyrirbæri með innri gerð!“ segir Andrea Ferrara (Scuola Normale Superiore, Pisa, Ítalíus) meðhöfundur greinarinnar um mikilvægi nýju niðurstaðanna.

Stjörnufræðingar telja að staðsetning bjarmans utan miðjunnar megi rekja til þess að skýin í miðjunni verði fyrir truflun frá harðneskjulega umhverfinu í kringum nýmyndaðar stjörnur — bæði frá sterkri geislun frá þeim og áhrifum frá sprengistjörnum — á meðan kolefnisbjarminn sýni hvar ferskt, kalt gas er að safnast saman úr miðgeimsefninu.

Mælingar ALMA og tölvulíkön gera mönnum kleift að skilja í smáatriðum helstu ferli sem eiga sér stað innan í fyrstu vetrarbrautunum. Nú er hægt að reikna út áhrif geislunar frá stjörnum, afkomu sameindaskýja, streymi jónaðrar geislunar og flókna byggingu miðgeimsefnis og bera saman við mælingar. BDF 3299 er líklega dæmigerð vetrarbraut sem á þátt í endurjónuninni.

„Um árabil höfum við reynt að skilja miðgeimsefnið og myndun endurjónunaruppspretta. Að geta loksins prófað spár og tilgátur á raunverulegum mælingum frá ALMA er afar spennandi og vekur upp nýjar spurningar. Mælingar af þessu tagi munu varpa betra ljósi á mörg þeirra vandamála sem við glímum enn við um myndun fyrstu stjarnanna og vetrarbrautanna í alheiminum,“ bætir Andrea Ferrara við.

Þessi rannsókn hefði einfaldlega verið ómöguleg án ALMA, þar sem ekkert annað mælitæki gæti náð greinigæðunum sem nauðsynleg eru. Þótt um sé að ræða eina dýpstu mælingu ALMA til þessa er langt í frá að verið sé að nýta sjónaukann til hins ítrasta. Í framtíðinni mun ALMA ná myndum af smáatriðum í frumstæðum vetrarbrautum og rekja í smáatriðum myndun fyrstu vetrarbrautanna.“

Skýringar

[1] Óhlaðið vetnisgas gleypir orkuríkt útfjólublátt ljós sem stafar frá ungum, heitum stjörnum. Fyrir vikið er næstum ómögulegt að greina þessar stjörnur í árdaga alheimsins. Á sama tíma jónar útfjólubláa ljósið vetnið og gerir það gegnsætt. Heitu stjörnurnar eru þar af leiðandi að búa til gegnsæ svæði í gasinu. Þegar öll þessi gegnsæju svæði ná yfir rúmið er endurjónininni lokið og alheimurinn orðinn gegnsær.

[2] Rauðik þeirra var frá 6,8 upp í 7,1.

[3] Stjörnufræðingar eru sérstaklega áhugasamir um jónað kolefni því þessi tiltekna litrófslína flytur mestan hluta orkunnar frá stjörnunum og gerir stjörnufræðingum kleift að rekja slóð kalda gasið sem stjörnurnar urðu til úr. Stjörnufræðingarnir skoðuðu sérstaklega útgeislun frá einjónuðu kolefni (þekkt sem [C II]). Þessi geislun hefur 158 míkrómetra bylgjulengd í byrjun en þegar teygst hefur á henni, vegna útþenslu alheimsins, berst hún ALMA á réttri mælanlegri bylgjulengd, um 1,3 millímetra.

Frekari upplýsingar

Rannsóknin er kynnt í greininni „The assembly of “normal” galaxies at z∼7 probed by ALMA”, eftir R. Maiolino o.fl., sem birtist í Monthly Notices of the Royal Astronomical Society þann 22. júlí 2015.

Í rannsóknarteyminu eru R. Maiolino (Cavendish Laboratory, University of Cambridge, Cambridge, United Kingdom; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Cambridge, United Kingdom) S. Carniani (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology; Universitá di Firenze, Florence, Italy), A. Fontana (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italy), L. Vallini (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italy; Universitá di Bologna, Bologna, Italy), L. Pentericci (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italy), A. Ferrara (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italy), E. Vanzella (INAF–Bologna Astronomical Observatory, Bologna, Italy), A. Grazian (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italy), S. Gallerani (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italy), M. Castellano (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italy), S. Cristiani (INAF–Trieste Astronomical Observatory, Trieste, Italy), G. Brammer (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, USA), P. Santini (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italy), J. Wagg (Square Kilometre Array Organization, Jodrell Bank Observatory, United Kingdom) and R. Williams (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology).

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), alþjóðleg stjörnustöð, er samstarfsverkefni ESO, National Science Foundation (NSF) í Bandaríkjunum og National Institutes of Natural Sciences (NINS) í Japan, í samvinnu við Chile. ALMA er fjármögnuð af ESO fyrir hönd aðildarríkja þess, af NSF í samstarfi við National Research Council of Canada (NRC) og National Science Council of Taiwan (NSC) og NINS í samvinnu við Academia Sinica (AS) í Taívan og Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

ESO sér um smíði og rekstur ALMA fyrir hönd aðildarríkjanna en National Radio Astronomy Observatory (NRAO), sem lýtur stjórn Associated Universities, Inc. (AUI), fyrir hönd Norður Ameríku og National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) fyrir hönd austur Asíu. Samþætt stjórnun á smíði, prófun og rekstri ALMA er í umsjá Joint ALMA Observatory (JAO).

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

Roberto Maiolino
Cavendish Laboratory & Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge
Cambridge, United Kingdom
Sími: +44 1223 761661
Farsími: +44 7557 774718
Tölvupóstur: r.maiolino@mrao.cam.ac.uk

Andrea Ferrara
Scuola Normale Superiore
Pisa, Italy
Farsími: +39 329 0715067
Tölvupóstur: andrea.ferrara@sns.it

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

Connect with ESO on social media

Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1530.

Um fréttatilkynninguna

Fréttatilkynning nr.:eso1530is
Nafn:BDF 3299
Tegund:Early Universe : Galaxy
Early Universe : Cosmology
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, Very Large Telescope
Science data:2015MNRAS.452...54M

Myndir

ALMA witnesses assembly of galaxy in early Universe (annotated)
ALMA witnesses assembly of galaxy in early Universe (annotated)
texti aðeins á ensku
ALMA witnesses assembly of galaxy in early Universe
ALMA witnesses assembly of galaxy in early Universe
texti aðeins á ensku

Sjá einnig