eso1620nb — Pressemelding

ALMA oppdaget oksygen i rekordstor avstand

16. juni 2016

Et astronomteam har brukt Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) for å identifisere glødende oksygen i en galakse som er så langt unna at vi ser slik den framstod kun 700 millioner år etter Big Bang. Dette er den fjerneste galakse hvor man har en sikker påvisning av oksygen. Gassen lyser fordi den blir ionisert, trolig av intens stråling fra unge kjempestjerner. Galaksen kan vise seg å være et eksempel på den type lyskilde som var ansvarlig for reioniseringen av det tidlige univers.

Ved hjelp av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) har astronomer fra Japan, Sverige, Storbritannia og ESO observert en av de fjerneste galakser man kjenner til. SXDF-NB1006-2 har en rødforskyvning på 7,2, hvilket tilsvarer at vi ser den slik den var kun 700 millioner år etter Big Bang. Til sammenligning er universets nåværende alder i underkant av 14 milliarder år.

Forskerne ønsket å undersøke den fjerne galaksens innhold av tunge grunnstoffer [1]. Grunnen var at tunge grunnstoffer gir en indikasjon på nivået av stjernedannelse, noe som igjen kan fortelle oss mer om den såkalte reionisasjonsepoken, altså den perioden i universets tidlige historie da gassen ble reionisert.

«Å lete etter tunge grunnstoffer i det tidlige univers er en viktig metode for å utforske stjernedannelsesaktiviteten i den perioden,» sier Akio Inoue (Osaka Sangyo-universitetet i Japan), hovedforfatter av forskningsartikkelen som nå publiseres i tidsskriftet Science. «Studier av tunge grunnstoffer hjelper oss dessuten med å forstå hvordan de første galakser vokste fram og hva som forårsaket den kosmiske reioniseringen.»

I tiden før de første objekter ble til, var universet fylt av elektrisk nøytral gass. Men da de første stjerner begynte å skinne noen få hundre millioner år etter Big Bang, sendte de ut kraftig stråling som slo ut elektronene i de nøytrale atomene. Gassen ble med andre ord ionisert. I løpet av denne reionisasjonsepoken endret universet seg dramatisk. Men eksakt hva slags type objekter som var ansvarlige for reioniseringen, er fortsatt uklart. Noen svar kan finnes ved å undersøke forholdene i svært fjerne – og dermed tidlige – galakser.

Før forskerne observerte den fjerne galaksen, gjorde de datasimuleringer for å finne ut om det faktisk var mulig å se tegn på ionisert oksygen ved bruk av ALMA-observatoriet. De sjekket også observasjoner av lignende galakser som holder til mye nærmere Jorda [2]. Konklusjonen var at oksygenet burde være mulig å oppdage selv i svært store avstander.

Teamet gjennomførte så observasjoner med ALMAs følsomme antenner og fant lys som stammer fra ionisert oksygen i SXDF-NB1006-2 [3]. Dette er det fjerneste objekt så langt hvor man har en utvetydig påvisning av oksygen [4]. Man har nå sikre bevis for tilstedeværelsen av oksygen i det unge univers, bare 700 millioner år etter Big Bang.

Analysene viste at andelen oksygen i SXDF-NB1006-2 er ti ganger mindre enn i Sola. «Den lille andelen er som forventet ettersom universet på den tiden var ungt og stjernene enda ikke hadde rukket å produsere så mye tyngre grunnstoffer,» kommenterer Naoki Yoshida (Universitetet i Tokyo, Japan). «Simuleringene våre forutså faktisk et oksygeninnhold ti ganger lavere enn hos Sola. Vi kom imidlertid fram til et annet og uventet resultat, nemlig at galaksen har svært lite støv.»

Forskerteamet var ikke i stand til å fange opp noe stråling fra karbon, noe som antyder at denne unge galaksen inneholder svært lite nøytral hydrogengass (astronomene kunne trekke denne slutningen fordi nøytralt hydrogen kan påvises indirekte via karbon). De fant også ut at galaksen inneholder bare små mengder støv, som består av tyngre grunnstoffer. «Det kan se ut som det er noe uvanlig på ferde i denne galaksen,» bemerker Inoue. «Jeg mistenker at nesten all gassen er sterkt ionisert.»

Funnet av ionisert oksygen tyder på at galaksen har dannet mange svært lyssterke stjerner med flere titalls ganger større masse enn vår egen sol. Det er nettopp kjempestjernenes intense ultrafiolette lys som sørger for å ionisere oksygenatomene.

Mangelen på støv i galaksen gjør at den sterke ultrafiolette strålingen kan reise langt og ionisere store mengder gass også utenfor galaksen. «SXDF-NB1006-2 blir således en prototype på de lyskildene som er ansvarlige for den kosmiske reioniseringen,» sier Inoue.

«Dette er et viktig skritt på veien mot å forstå hva det er for slags objekter som står bak reionisasjonsepoken,» forklarer teammedlem Yoichi Tamura (Universitetet i Tokyo). «Vi har allerede startet nye observasjoner med ALMA. Enda høyere oppløsning vil gjøre det mulig å se hvordan det ioniserte oksygenet er fordelt og hvordan det beveger seg i galaksen. Det vil hjelpe oss med å forstå egenskapene til denne fjerne galaksen.»

Fotnoter

[1] Grunnstoffer tyngre enn litium defineres i astrofysikken som tunge.

[2] Observasjoner med den japanske, infrarøde AKARI-satellitten har blant annet avdekket meget sterk stråling fra ionisert oksygen i Store magellanske sky, hvor de kjemiske forhold minner om dem som hersket i det tidlige univers.

[3] Dobbelt ionisert oksygen sender ut lys med bølgelengde på 0,088 millimeter. På grunn av universets utvidelse er imidlertid bølgelengden til den tilsvarende strålingen fra SXDF-NB1006-2 strukket ut til 0,725 millimeter, og det er innenfor bølgelengdeområdet som ALMA opererer i.

[4] Ifølge en tidligere studie av Finkelstein et al. kan oksygen ha blitt identifisert i et objekt enda lenger unna. Men spektrallinjen ble ikke påvist direkte, slik tilfelle er i den nye studien med ALMA-data.

Mer informasjon

Studien presenteres i en forskningsartikkel i journalen Science: «Detection of an oxygen emission line from a high redshift galaxy in the reionization epoch» av Inoue et al.

Forskerteamet består av Akio Inoue (Osaka Sangyo University, Japan), Yoichi Tamura (The University of Tokyo, Japan), Hiroshi Matsuo (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Japan), Ken Mawatari (Osaka Sangyo University, Japan), Ikkoh Shimizu (Osaka University, Japan), Takatoshi Shibuya (University of Tokyo, Japan), Kazuaki Ota (University of Cambridge, Storbritannia), Naoki Yoshida (University of Tokyo, Japan), Erik Zackrisson (Uppsala University, Sverige), Nobunari Kashikawa (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Japan), Kotaro Kohno (University of Tokyo, Japan), Hideki Umehata (ESO, Garching, Tyskland; University of Tokyo, Japan), Bunyo Hatsukade (NAOJ, Japan), Masanori Iye (NAOJ, Japan), Yuichi Matsuda (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Japan), Takashi Okamoto (Hokkaido University, Japan) og Yuki Yamaguchi (University of Tokyo, Japan).

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) er et internasjonalt samarbeid mellom ESO, det amerikanske National Science Foundation (NSF), National Institutes of Natural Sciences (NINS) i Japan samt vertsnasjonen Chile. ALMA finansieres av ESO på vegne av organisasjonens medlemsland, av NSF i samarbeid med National Research Council (NRC) i Canada og National Science Council (NSC) i Taiwan, og av NINS i samarbeid med Academia Sinica (AS) i Taiwan og Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

Byggingen og driften av ALMA ledes av ESO på vegne av organisasjonens medlemsland, av National Radio Astronomy Observatory (NRAO), som styres av Associated Universities Inc. (AUI), på vegne av Nord-Amerika, og av National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) på vegne av Øst-Asia. Joint ALMA Observatory (JAO) står for den overordnede ledelse og administrasjon av byggefasen, oppstart og drift av ALMA.

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

Akio Inoue
Osaka Sangyo University
Osaka, Japan
E-post: akinoue@las.osaka-sandai.ac.jp

Masaaki Hiramatsu
NAOJ Chile Observatory EPO officer
Tlf.: +81 422 34 3630
E-post: hiramatsu.masaaki@nao.ac.jp

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

ESO i sosiale medier

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso1620 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.:eso1620nb
Navn:SXDF-NB1006-2
Type:Early Universe
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
Science data:2016Sci...352.1559I

Bilder

Skjematisk framstilling av universets historie
Skjematisk framstilling av universets historie
Sammensatt fargebilde og utsnitt av Subaru XMM-Newton Deep Survey Field
Sammensatt fargebilde og utsnitt av Subaru XMM-Newton Deep Survey Field
Sammensatt fargebilde av den fjerne galaksen SXDF-NB1006-2
Sammensatt fargebilde av den fjerne galaksen SXDF-NB1006-2
Kunstnerisk framstilling av den fjerne galaksen SXDF-NB1006-2
Kunstnerisk framstilling av den fjerne galaksen SXDF-NB1006-2

Se også