Kids

eso1524nb — Pressemelding

Beste observasjonelle bevis hittil for universets første stjernegenerasjon

VLT oppdager den mest lyssterke fjerne galakse og tegn på populasjon III-stjerner

17. juni 2015

Ved hjelp av ESOs Very Large Telescope har astronomer oppdaget den desidert mest lyssterke galakse i det tidlige univers og funnet sterke bevis på at den huser eksemplarer av den første generasjon stjerner. Disse massive og energetiske stjernene, som fram til nå bare har eksistert i teorien, skapte universets første tunge grunnstoffer – stoffer som var nødvendige for dannelsen av senere stjerner, planeter og liv slik vi kjenner det. Den nyoppdagede galaksen, kalt CR7, lyser tre ganger kraftigere enn forrige rekordholder i det fjerne univers.

Astronomer har lenge postulert eksistensen av den første generasjon stjerner, såkalte populasjon III-stjerner, som ble dannet fra urmaterialet fra Big Bang [1]. Alle tyngre grunnstoffer, eksempelvis oksygen, nitrogen, karbon og jern, er produsert i stjernenes indre. Uten disse hadde verken planeter eller mennesker eksistert. Universets aller første stjerner må altså ha blitt dannet fra de eneste grunnstoffene som fantes på den tiden: hydrogen, helium og ørsmå mengder litium.

Populasjon III-stjernene må ha være enormt store, svært varme og kortlivede. De var flere hundre eller kanskje så mye som tusen ganger mer massive enn Sola, og eksploderte som supernovaer bare et par millioner år etter fødselen. Astronomer har lett grundig etter fysiske bevis på deres eksistens, men resultatene har så langt vært tvetydige [2].

Et forskerteam ledet av David Sobral tok i bruk ESOs Very Large Telescope (VLT) for å se langt ut i verdensrommet og dermed tilbake i tid, nærmere bestemt til reionisasjonsepoken, om lag 800 millioner år etter Big Bang (universets nåværende alder er til sammenligning ca. 14 milliarder år). Med hensyn til himmelareal er dette den mest omfattende kartlegging av svært fjerne galakser som noen gang er utført.

Foruten VLT ble observasjonene i denne store studien også gjort med Keck-observatoriet, Subaru-observatoriet og Romteleskopet Hubble. Teamet oppdaget en rekke overraskende lyssterke og svært unge galakser. En av dem, CR7 [3], var eksepsjonell: den klart mest lyssterke galakse som noensinne er funnet i det svært fjerne og derfor tidlige univers [4]. Funnet av CR7 og andre lyssterke galakser innebar at studien var en suksess. Grundigere analyser gav imidlertid enda flere spennende nyheter.

I en lyssterk region i CR7 fant VLT-instrumentene X-shooter og SINFONI sterk stråling fra ionisert helium, men ingen tegn på tyngre grunnstoffer av noe slag. Det var en overraskende og ikke minst viktig oppdagelse. Teamet hadde funnet det første virkelig gode bevis for hoper av populasjon III-stjerner med ionisert heliumgass i en galakse i det tidlige univers [5].

"Oppdagelsen tok oss litt på senga, for vi hadde ikke forventet å finne en så lyssterk galakse," forteller David Sobral. "Dessuten, da vi undersøkte CR7 nærmere, gikk det etter hvert opp for oss at denne rekordsterke fjerne galaksen viste alle tegn på å inneholde populasjon III-stjerner. Stjernene var blant dem som skapte de første tunge atomene og som dermed la grunnlaget for framveksten av liv milliarder av år senere. Det blir ikke kulere enn dette, spør du meg!"

Inni CR7 fant astronomene både blålige og svakt rødlige stjerneansamlinger, hvilket tyder på at dannelsen av populasjon III-stjerner hadde foregått i bølger, akkurat som forventet (stjerner blir rødere etter hvert som de eldes). Det teamet hadde sett i CR7 var den siste runden med populasjon III-stjerner. Slike stjerner kan vise seg å være enklere å finne enn tidligere antatt: De holder til blant vanlige stjerner i lyssterke galakser og ikke bare i de aller tidligste og minste galaksene, som er så lyssvake at de knapt er observerbare.

"Jeg har alltid lurt på hvor vi kommer fra," sier Jorryt Matthee, andreforfatter på forskningsartikkelen. "Allerede som barn ville jeg vite hvor grunnstoffene kom fra – kalsiumet i beina, karbonet i musklene mine, jernet i blodet. Jeg fikk etter hvert vite at stoffene dukket opp i begynnelsen av universet, da den første generasjon stjerner begynte å produsere dem. Med vår nye oppdagelse har vi utrolig nok sett disse objektene for første gang."

Flere observasjoner med VLT, ALMA og NASA/ESAs Hubble-teleskop skal gjøres for endelig å bekrefte at det er populasjon III-stjerner som er observert. Man vil også lete etter flere eksempler på denne stjernetypen.

Fotnoter

[1] Navnet "populasjon III" oppstod fordi astronomer allerede hadde klassifisert stjernene i Melkeveien som populasjon I (stjerner som Sola, rik på tunge grunnstoffer, holder til i galakseskiven) og populasjon II (eldre stjerner, lavt innhold av tyngre grunnstoffer, holder til i kulehoper og i Melkeveiens sentrale utbulning og halo).

[2] Å finne slike stjerner er svært vanskelig – de ville levd ekstremt kort tid, samtidig som universet på den tiden knapt var gjennomskinnelig for lyset de sendte ut. Tidligere funn er gjort av bl.a. Nagao et al. (2008), som ikke registrerte noe ionisert helium; De Breuck et al. (2000), hvor ionisert helium, men også karbon og oksygen ble funnet, samt klare tegn på at objektet var en aktiv galaksekjerne; og Cassata et al. (2013), der ionisert helium ble identifisert, dog med svært liten intensitet, i tillegg til karbon og oksygen.

[3] Galaksens kallenavn er en forkortelse for COSMOS Redshift (rødforskyvning) 7, et mål på galaksens avstand, alternativt hvor langt tilbake galaksen ligger på den kosmiske tidslinjen. Jo høyere rødforskyvning, desto lenger unna er galaksen og desto lenger tilbake i tid ser vi. Eksempelvis har A1689-zD1, en av de eldste galakser man noen gang har observert, en rødforskyvning på 7,5.

[4] CR7 er tre ganger mer lyssterk enn den tidligere rekordholderen, Himiko, som man tidligere anså for å være et sjeldent lyssterkt eksemplar. Støvete galakser mye senere i universets historie (mao. nærmere oss) kan imidlertid utstråle mer energi totalt sett enn CR7. Energien fra CR7 sendes ut i form av hovedsakelig ultrafiolett og synlig lys.

[5] Forskerne vurderte to alternative teorier, nemlig at lyskilden kunne være enten en aktiv galaksekjerne (AGN) eller Wolf-Rayet-stjerner. Mangelen på tunge grunnstoffer, samt andre bevis, gjør imidlertid begge teoriene svært usannsynlige. Teamet overveide også hvorvidt kilden kunne være en sær utgave av et sort hull, på engelsk kalt "direct-collapse black hole", som selv er særdeles eksotiske og høyst teoretiske objekter. Også denne teorien er tvilsom gitt mangelen på en bred/sterk emisjonslinje og det faktum at den observerte intensiteten fra CR7s hydrogen- og heliumstråling var mye høyere enn det som er forutsagt for denne typen sorte hull. Dersom kilden heller ikke sender ut røntgenstråling, ville det svekke teorien ytterligere, skjønt observasjoner på røntgenbølgelengder er foreløpig ikke utført.

Mer informasjon

Studien presenteres i en kommende forskningsartikkel i journalen Astrophysical Journal: "Evidence for PopIII-like stellar populations in the most luminous Lyman-α emitters at the epoch of re-ionisation: spectroscopic confirmation" av D. Sobral, et al.

Forskerteamet består av David Sobral (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal; Departamento de Física, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal; Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nederland), Jorryt Matthee (Leiden Observatory), Behnam Darvish (Department of Physics and Astronomy, University of California, Riverside, California, USA), Daniel Schaerer (Observatoire de Genève, Département d’Astronomie, Université de Genève, Versoix, Sveits; Centre National de la Recherche Scientifique, IRAP, Toulouse, Frankrike), Bahram Mobasher (Department of Physics and Astronomy, University of California, Riverside, California, USA), Huub J. A. Röttgering (Leiden Observatory), Sérgio Santos (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade de Lisboa; Departamento de Física, Universidade de Lisboa, Portugal) og Shoubaneh Hemmati (Department of Physics and Astronomy, University of California, Riverside, California, USA).

ESO, European Southern Observatory, er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens desidert mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 16 land: Belgia, Brasil, Danmark, Finland, Frankrike, Italia, Nederland, Polen, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike, samt vertsnasjonen Chile. ESOs ambisiøse virksomhet fokuserer på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg for å muliggjøre banebrytende vitenskapelige oppdagelser. ESO spiller også en ledende rolle i å fremme og organisere samarbeid innenfor astronomisk forskning. ESO driver tre unike, verdensledende observatorier i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. Ved Paranal har ESO oppført Very Large Telescope, verdens mest avanserte astronomiske observatorium for synlig lys, og to såkalte kartleggingsteleskoper. VISTA observerer i infrarødt og er verdens største kartleggingsteleskop, mens VLT Survey Telescope er det største teleskopet som er designet utelukkende for himmelkartlegginger i synlig lys. ESO er en viktig partner i ALMA, nåtidens største astronomiprosjekt. På Cerro Armazones, ikke langt fra Paranal, er ESO i ferd med å bygge European Extremely Large Telescope (E-ELT). Med en speildiameter på 39 meter vil dette bli det største "øye" i verden som skuler opp på himmelen.

Linker

Kontakter

Jan-Erik Ovaldsen
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

Andreas O. Jaunsen
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

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

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tlf.: +49 89 3200 6655
Mob.: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

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

ESO i sosiale medier

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1524 i regi av ESON, et nettverk av personer i ESOs medlemsland (samt noen utenfor ESO, som Norge) som fungerer som lokale mediekontakter i forbindelse med pressemeldinger og andre nyheter fra ESO.

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso1524nb
Navn:CR7
Type:Early Universe : Star : Population : III
Facility:Very Large Telescope
Instruments:FORS2, SINFONI, X-shooter
Science data:2015ApJ...808..139S

Bilder

Kunstnerisk framstilling av CR7, den mest lyssterke galakse i det tidlige univers
Kunstnerisk framstilling av CR7, den mest lyssterke galakse i det tidlige univers

Videoer

Kunstnerisk framstilling av CR7, den mest lyssterke galakse i det tidlige univers
Kunstnerisk framstilling av CR7, den mest lyssterke galakse i det tidlige univers

Se også