eso1633is — Fréttatilkynning

ALMA kannar djúpmynd Hubbles

Dýpstu mælingar á millímetrageislun frá árdögum alheimsins

22. september 2016

Alþjóðlegur hópur stjörnufræðinga notaði Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) til að rannsaka sum af fjarlægustu fyrirbærum sem sést hafa í alheiminum á frægri mynd Hubble geimsjónaukans, Hubble Ultra Deep Field (HUDF). Mælingar ALMA eru miklu dýpri og skýrari en eldri mælingar gerðar á millímetraljósi. Myndirnar sýna greinilega hvernig hraðinn á myndun stjarna í ungum vetrarbrautum tengist heildarstjörnumassa þeirra. Mælingarnar sýna líka áður óþekkt magn af stjörnumyndunargasi á mismunandi tímapunktum í sögu alheimsins og veita þannig innsýn í „gullöld“ vetrarbrautamyndunar fyrir um það bil 10 milljörðum ára.

Niðurstöður ALMA eru birtar í röð greina í Astrophysical Journal og Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Niðurstöðurnar eru líka kynntar í vikunni á ráðstefnu um mælingar ALMA sem fram fer í Palm Springs í Kaliforníu í Bandaríkjunum.

Árið 2004 voru Hubble Ultra Deep Field (HUDF) myndir Hubble geimsjónauka NASA og ESA birtar. Með þessum glæsilegu myndum skyggndust menn dýpra inn í alheiminn en nokkru sinni fyrr og komu auga á fjölda vetrarbrauta sem sjást innan við milljarði ára eftir Miklahvell. Hubble beindi sjónum sínum að svæðinu margoft, sem og aðrir sjónaukar, svo úr varð dýpsta mynd sem tekin hefur verið af alheiminum til þessa.

Stjörnufræðingar hafa nú í fyrsta sinn rannsakað þetta sama svæði á himninum með ALMA [1]. Mælingar sjónaukans gera stjörnufræðingum kleift að sjá daufan bjarmann frá gasskýjum og útgeislun frá heitu ryki í vetrarbrrautum í árdaga alheimsins.

Mælingar ALMA á HUDF svæðinu hafa staðið yfir í um 50 klukkustundir til þessa. Er þetta lengsti tími sem ALMA hefur varið til mælinga á einu svæði á himninum hingað til.

Hópur undir forystu Jim Dunlop (University of Edinburgh í Bretlandi) notaði ALMA til að taka fyrstu djúpu og samfelldu myndina af HUDF svæðinu. Gögnin gerðu stjörnufræðingunum kleift að para saman vetrarbrautirnar sem þá komu í ljós við fyrirbærin sem Hubble og aðrir sjónaukar höfðu áður komið auga á.

Mælingarnar sýndi greinilega, í fyrsta sinn, að stjörnumassi vetrarbrautar er besti mælikvarðinn á myndunarhraða stjarna í hinum fjarlæga alheimi. Nánast allar efnismestu vetrarbrautirnar komu fram við mælingarnar [2] en fátt annað.

„Niðurstöðurnar eru byltingarkenndar,“ sagði Jim Dunlop, aðalhöfundur greinar um djúpmyndina. „Í fyrsta sinn höfum við náð að tengja almennilega saman mynd Hubbles af sýnilegu og útfjólubláu ljósi úr hinum fjarlæga alheimi við mælingar ALMA í fjar-innrauðu og millímetraljósi.“

Annar hópur undir forystu Manuel Aravena við Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago í Chile, og Fabian Walter við Max Planck Institute for Astronomy í Heidelberg í Þýskalandi gerðu djúpa leit á sem nemur um fjórðungi af heildarflatarmáli HUDF svæðisins [3].

„Við gerðum fyrstu blindu, þrívíðu leitina að köldu gasi í árdaga alheimsins,“ sagði Chris Carill, stjörnufræðingur við National Radio Astronomy Observatory (NRAO) í Socorro í Nýju Mexíkó í Bandaríkjunum, meðlimur í rannsóknarteyminu. „Þannig uppgötvuðum við hóp vetrarbrauta sem hafa ekki sést svo vel á nokkrum öðrum djúpmyndum.“ [4]

Sumar mælingar ALMA voru beindust sérstaklega að leit að vetrarbrautum sem innihalda mikið magn kolmónoxíðs, þar sem það vísar á svæði þar sem stjörnur eru að myndast. Þótt þessi gastegund tengist myndun stjarna er gjarnan mjög erfitt að koma auga á hana með Hubble. ALMA getur með öðrum orðum fundið „týnda“ efnismassann sem tengist myndun og þróun vetrarbrauta.

„Nýju niðurstöður ALMA benda til þess að þegar við horfum lengra aftur í tímann aukist gasmagnið mikið í vetrarbrautum,“ sagði aðalhöfundur tveggja greina, Manuel Aravena (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago í Chile). „Þetta aukna gasmagn er líklega meginástæðan fyrir mikilli aukningu á myndun stjarna á hápunkti vetrarbrautamyndunar fyrir um 10 milljörðum ára.“

Niðurstöðurnar sem birtar eru í dag marka aðeins upphafið á röð mælinga á fyrirbærum í órafjarlægð með ALMA. Sem dæmi eru fyrirhugaðar 150 klukkustunda langar mælingar á HUDF sem mun varpa frekara ljósi á mögulega stjörnumyndunarsögu alheimsins.

„Fyrirhugaðar rannsóknir ALMA á vetrarbrautum á Hubble Ultra Deep Field svæðinu munu efla skilning okkar á þessu týnda stjörnumyndunarefni til muna,“ sagði Fabian Walter að lokum.

Skýringar

[1] Stjörnufræðingar völdu sérstaklega HUDF svæðið í stjörnumerkinu Ofninum svo sjónaukar á suðurhveli Jarðar, eins og ALMA, gætu rannsakað það nánar og þannig bætt skilning okkar á hinum fjarlæga alheimi.

Rannsóknir á hinum fjarlæga alheimi, sem sést ekki í sýnilegu ljósi, er eitt helsta markmið ALMA.

[2] Í þessu samhengi merkir „hámassa“ vetrarbraut það að hún innihaldi yfir 20 milljarða sólmassa af efni. Til samanburðar inniheldur Vetrarbrautin okkar, sem er stór, yfir 100 miljarða sólmassa af efni.

[3] Þetta svæði er um sjö hundruð sinnum minna en flatarmál fulls tungls á himninum frá Jörðu séð. Ein áhrifamesta uppgötvun HUDF myndarinnar var sá mikli fjöldi vetrarbrauta sem sást á svo litlu svæði á himninum.

[4] Geta ALMA til að sjá aðrar bylgjulengdir í rafsegulrófinu en Hubble gerir stjörnufræðingum kleift að rannsaka mismunandi tegundir fyrirbæra, eins og efnismikil stjörnumyndunarský, sem og fyrirbæri sem annars eru of dauf til að sjást í sýnilegu ljósi, en koma fram í millímetrageislun.

Sagt er að leitin sé „blind“ þar sem henni var ekki beint að neinu tilteknu fyrirbæri.

Mælingar ALMA á HUDF svæðinu geyma tvenns konar gögn: Samfelldar mælingar, sem sýna útgeislun frá ryki og stjörnumyndun, og ljómlínurannsóknir sem beinast að köldu sameindagasi sem knýr myndun stjarna. Seinni rannsóknin er sérstaklega gagnleg vegna þess að hún felur í sér upplýsingar um hve mikið ljósið frá fjarlægum fyrirbærum hefur hliðrast til vegna rauðviks af völdum útþenslu alheimsins. Meira rauðvik þýðir að fyrirbærið er lengra í burtu og sést lengra aftur í tímann. Þetta gerir stjörnufræðingum kleift að útbúa þrívítt kort af stjörnumyndunargasi þegar það þróast með tímanum.

Frekari upplýsingar

Skýrt er frá rannsóknunum í eftirfarandi greinum:

  1. „A deep ALMA image of the Hubble Ultra Deep Field“, eftir J. Dunlop o.fl., sem birtist í Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

  2. „The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Search for the [CII] Line and Dust Emission in 6 < z < 8 Galaxies“, eftir M. Aravena o.fl., sem birtist í Astrophysical Journal.

  3. „The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Molecular Gas Reservoirs in High-Redshift Galaxies“, eftir R. Decarli o.fl., sem birtist í Astrophysical Journal.

  4. „The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: CO Luminosity Functions and the Evolution of the Cosmic Density of Molecular Gas“, eftir R. Decarli o.fl., sem birtist í Astrophysical Journal.

  5. „The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Continuum Number Counts, Resolved 1.2-mm Extragalactic Background, and Properties of the Faintest Dusty Star Forming Galaxies“, eftir M. Aravena o.fl., sem birtist í Astrophysical Journal.

  6. „The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Survey Description“, eftir F. Walter o.fl., sem birtist í Astrophysical Journal.

  7. „The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: the Infrared excess of UV-selected z= 2-10 Galaxies as a Function of UV-continuum Slope and Stellar Mass“, eftir R. Bouwens o.fl., sem birtist í Astrophysical Journal.

  8. „The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Implication for spectral line intensity mapping at millimeter wavelengths and CMB spectral distortions“, eftir C. L. Carilli o.fl., sem birtist í Astrophysical Journal.

Í rannsóknarteymunum eru:

M. Aravena (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), R. Decarli (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Germany), F. Walter (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Germany; Astronomy Department, California Institute of Technology, USA; NRAO), Pete V. Domenici (Array Science Center, USA), R. Bouwens (Leiden Observatory, Leiden, The Netherlands; UCO/Lick Observatory, Santa Cruz, USA), P.A. Oesch (Astronomy Department, Yale University, New Haven, USA), C.L. Carilli (Leiden Observatory, Leiden, The Netherlands; Astrophysics Group, Cavendish Laboratory, Cambridge, UK), F.E. Bauer (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Millennium Institute of Astrophysics, Chile; Space Science Institute, Boulder, USA), E. Da Cunha (Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University, Canberra, Australia; Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Australia), E. Daddi (Laboratoire AIM, CEA/DSM-CNRS-Université Paris Diderot, Orme des Merisiers, France), J. Gónzalez-López (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), R.J. Ivison (European Southern Observatory, Garching bei München, Germany; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, UK), D.A. Riechers (Cornell University, 220 Space Sciences Building, Ithaca, USA), I. Smail (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, UK), A.M. Swinbank (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, UK), A. Weiss (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Germany), T. Anguita (Departamento de Ciencias Físicas, Universidad Andrés Bello, Santiago, Chile; Millennium Institute of Astrophysics, Chile), R. Bacon (Université Lyon 1, Saint Genis Laval, France), E. Bell (Department of Astronomy, University of Michigan, USA), F. Bertoldi (Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Bonn, Germany), P. Cortes (Joint ALMA Observatory - ESO, Santiago, Chile; NRAO, Pete V. Domenici Array Science Center, USA), P. Cox (Joint ALMA Observatory - ESO, Santiago, Chile), J. Hodge (Leiden Observatory, Leiden, The Netherlands), E. Ibar (Instituto de Física y Astronomía, Universidad de Valparaíso, Valparaiso, Chile), H. Inami (Université Lyon 1, Saint Genis Laval, France), L. Infante (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), A. Karim (Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Bonn, Germany), B. Magnelli (Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Bonn, Germany), K. Ota (Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Cambridge, UK; Cavendish Laboratory, University of Cambridge, UK), G. Popping (European Southern Observatory, Garching bei München, Germany), P. van der Werf (Leiden Observatory, Leiden, The Netherlands), J. Wagg (SKA Organization, Cheshire, UK), Y. Fudamoto (European Southern Observatory, Garching bei München, Germany; Universität-Sternwarte München, München, Germany), D. Elbaz (Laboratoire AIM, CEA/DSM-CNRS-Universite Paris Diderot, France), S. Chapman (Dalhousie University, Halifax, Nova Scotia, Canada), L.Colina (ASTRO-UAM, UAM, Unidad Asociada CSIC, Spain), H.W. Rix (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Germany), Mark Sargent (Astronomy Centre, University of Sussex, Brighton, UK), Arjen van der Wel (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Germany).

K. Sheth (NASA Headquarters, Washington DC, USA), Roberto Neri (IRAM, Saint-Martin d’Hères, France), O. Le Fèvre (Aix Marseille Université, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Marseille, France), M. Dickinson (Steward Observatory, University of Arizona, USA), R. Assef (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), I. Labbé (Leiden Observatory, Leiden University, Netherlands), S. Wilkins (Astronomy Centre, University of Sussex, Brighton, UK), J.S. Dunlop (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, United Kingdom), R.J. McLure (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, United Kingdom), A.D. Biggs (ESO, Garching, Germany), J.E. Geach (University of Hertfordshire, Hatfield, United Kingdom), M.J. Michałowski (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, United Kingdom), W. Rujopakarn (Chulalongkorn University, Bangkok, Thailand), E. van Kampen (ESO, Garching, Germany), A. Kirkpatrick (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), A. Pope (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), D. Scott (University of British Columbia, Vancouver, British Columbia, Canada), T.A. Targett (Sonoma State University, Rohnert Park, California, USA), I. Aretxaga (Instituto Nacional de Astrofísica, Optica y Electronica, Mexico), J.E. Austermann (NIST Quantum Devices Group, Boulder, Colorado, USA), P.N. Best (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, United Kingdom), V.A. Bruce (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, United Kingdom), E.L. Chapin (Herzberg Astronomy and Astrophysics, National Research Council Canada, Victoria, Canada), S. Charlot (Sorbonne Universités, UPMC-CNRS, UMR7095, Institut d’Astrophysique de Paris, Paris, France), M. Cirasuolo (ESO, Garching, Germany), K.E.K. Coppin (University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, United Kingdom), R.S. Ellis (ESO, Garching, Germany), S.L. Finkelstein (The University of Texas at Austin, Austin, Texas, USA), C.C. Hayward (California Institute of Technology, Pasadena, California, USA), D.H. Hughes (Instituto Nacional de Astrofísica, Optica y Electronica, Mexico), S. Khochfar (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, United Kingdom), M.P. Koprowski (University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, United Kingdom), D. Narayanan (Haverford College, Haverford, Pennsylvania, USA), C. Papovich (Texas A & M University, College Station, Texas, USA), J.A. Peacock (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, United Kingdom), B. Robertson (University of California, Santa Cruz, Santa Cruz, California, USA), T. Vernstrom (Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada), G.W. Wilson (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA) and M. Yun (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA).

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
Stjörnufræðivefurinn
Ísland
Farsími: 8961984
Tölvupóstur: eson-iceland@eso.org

James Dunlop
University of Edinburgh
Edinburgh, United Kingdom
Tölvupóstur: jsd@roe.ac.uk

Fabian Walter
Max-Planck Institut für Astronomie
Heidelberg, Germany
Tölvupóstur: walter@mpia.de

Manuel Aravena
Núcleo de Astronomía, Facultad de Ingeniería, Universidad Diego Portales
Santiago, Chile
Tölvupóstur: manuel.aravenaa@mail.udp.cl

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 eso1633.

Myndir

ALMA probes the Hubble Ultra Deep Field
ALMA probes the Hubble Ultra Deep Field
texti aðeins á ensku
ALMA probes the Hubble Ultra Deep Field
ALMA probes the Hubble Ultra Deep Field
texti aðeins á ensku
The Hubble eXtreme Deep Field
The Hubble eXtreme Deep Field
texti aðeins á ensku
ALMA deep view of part of the Hubble Ultra Deep Field
ALMA deep view of part of the Hubble Ultra Deep Field
texti aðeins á ensku
ALMA deep view of part of the Hubble Ultra Deep Field
ALMA deep view of part of the Hubble Ultra Deep Field
texti aðeins á ensku

Myndskeið

ALMA probes the Hubble Ultra Deep Field
ALMA probes the Hubble Ultra Deep Field
texti aðeins á ensku

Sjá einnig