eso1632nb — Pressemelding

ALMA avdekker hemmeligheten til enorm kosmisk sky

21. september 2016

Ved hjelp av ALMA, ESOs Very Large Telescope og andre teleskoper har et internasjonalt team avslørt den sanne naturen til et sjeldent og meget fjernt objekt kalt en Lyman-alfa-sky. Fram til nå har ikke astronomer kunnet forklare hva det er som får disse gigantiske gasskyene til å lyse så kraftig. Men midt inni et av disse objektene har ALMA nå observert to store galakser med intens stjernedannelse som lyser opp omgivelsene sine. De to galaksene omgis av flere mindre galakser, noe som gir grunn til å tro at systemet representerer en tidlig fase i utviklingen av en massiv galaksehop. Med tiden venter man at de to forannevnte galaksene vil smelte sammen til en elliptisk kjempegalakse.

Lyman-alfa-skyer, på engelsk Lyman-alpha Blobs (forkortet LAB), er gigantiske hydrogenskyer med diametre på opptil flere hundre tusen lysår, altså mange ganger større enn Melkeveigalaksen vår. De holder til i det svært fjerne og dermed tidlige univers. Navnet stammer fra det karakteristiske ultrafiolette lyset de sender ut – såkalt Lyman-alfa-stråling [1]. Helt siden de første LAB-ene ble oppdaget, har astronomer lurt på hvilke fysiske prosesser som ligger til grunn for disse snodige objektene. Nye observasjoner med Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) har nå løst gåten.

En av de største Lyman-alfa-skyer man vet om heter SSA22-Lyman-alpha Blob 1, eventuelt bare LAB-1. LAB-1 var den første skyen av denne typen som ble oppdaget (i 2000), og den er dessuten den som er best studert. Skyen ligger i midten av en massiv, gryende galaksehop og befinner seg så langt unna oss at lyset har brukt hele 11,5 milliarder år på å nå fram til oss.

Et astronomteam ledet av Jim Geach (Centre for Astrophysics Research ved Universitetet i Hertfordshire i Storbritannia) har nå brukt ALMA for å undersøke LAB-1 grundigere enn noen gang før. ALMA har en unik evne til å registrere lys fra kalde støvskyer i fjerne galakser. Astronomene kunne dermed identifisere og oppløse [2] flere kilder som sendte ut stråling på submillimeterbølgelengder.

Forskerne kombinerte så ALMA-dataene med observasjoner av Lyman-alfa-lyset gjort med MUSE-instrumentet (Multi Unit Spectroscopic Explorer) på ESOs Very Large Telescope (VLT). VLT-bildene viste at kildene ALMA hadde identifisert, lå i hjertet av Lyman-alfa-skyen og dannet stjerner i et forrykende tempo, nærmere bestemt over 100 ganger raskere enn i Melkeveien.

Dype (dvs. lange) eksponeringer med Romteleskopet Hubble og spektroskopiske observasjoner utført ved Keck-observatoriet [3] avdekket dessuten en rekke omkringliggende, lyssvake og mindre galakser, som trolig bombarderer ALMA-kildene i midten av hopen med materiale og således bidrar til å holde den voldsomme stjernedannelsen ved like.

Astronomene utnyttet deretter avanserte simuleringer av galaksedannelse for å demonstrere at den enorme Lyman-alfa-skyen kan forklares ved at ultrafiolett lys, som altså stammer fra stjernedannelsen i ALMA-kildene, spres av den omliggende skyen av hydrogengass. Et slikt scenario vil gi oppgav til den observerte Lyman-alfa-skyen.

Jim Geach, hovedforfatteren av den nye studien, kommer med følgende sammenligning: «Tenk på en gatelykt i tykk tåke: Du vil se en diffus glød fordi lyset spres av små vanndråper i tåken. I tilfellet med LAB-1 skjer noe lignende, bortsett fra at gatelykten er en lyssterk, stjernedannende galakse og tåken er en gigantisk sky av intergalaktisk gass. Det er galaksene som lyser opp omgivelsene sine.»

Å forstå hvordan galakser dannes og utvikler seg er en stor utfordring. Astronomer tror Lyman-alfa-skyer er en sentral brikke i puslespillet fordi de virker å være steder hvor de aller mest massive galaksene i universet vokser fram. Lyman-alfa-strålingen gir informasjon om hva som foregår i urskyene som omgir unge galakser – en region som ellers er meget vanskelig å studere, men som er avgjørende for virkelig å forstå galaksedannelse.

«Det mest spennende med disse skyene er at vi får et lite glimt inn i det som skjer rundt unge og voksende galakser i det fjerne univers,» fortsetter Jim Geach. «Hvilke fysiske prosesser som egentlig lå bak disse utstrakte kildene med Lyman-alfa-stråling, har lenge vært gjenstand for stor debatt. Men takket være nye observasjoner og avanserte datasimuleringer tror jeg at vi nå har løst et 15 år gammelt mysterium: LAB-1 er stedet hvor en massiv elliptisk galakse er i ferd med å dannes, og den vil omsider utgjøre hjertet av en gigantisk galaksehop. Det vi observerer, er faktisk et 11,5 milliarder år gammelt øyeblikksbilde av denne dannelsesprosessen.»

Fotnoter

[1] De negativt ladede elektronene som svirrer rundt den positivt ladede kjernen i et atom, har kvantiserte energinivåer. Det vil si, de kan bare befinne seg i helt bestemte energitilstander, og de kan bevege seg mellom de ulike nivåene kun ved å tilføres eller avgi bestemte mengder energi. Lyman-alfa-stråling produseres når elektroner i hydrogenatomer faller ned fra den nest laveste til den laveste energitilstanden. Energien som atomet mister, sendes ut som lys med en karakteristisk bølgelengde som ligger i den ultrafiolette delen av det elektromagnetiske spektrum. Denne strålingen kan astronomer observere med romteleskoper eller med bakkebaserte teleskoper hvis strålingen kommer fra fjerne objekter med stor rødforskyvning. I sistnevnte tilfelle vil nemlig det ultrafiolette lyset være strukket av universets utvidelse og ankomme Jorda med en lengre bølgelengde det hadde da det ble sendt ut. LAB-1 har en rødforskyvning på z≈3, hvilket betyr at vi mottar Lyman-alfa-strålingen som synlig lys.

[2] Oppløsning er evnen til å skille to eller flere objekter fra hverandre. Hvis oppløsningen er lav, vil flere lyssterke kilder langt unna oss framstå som én lysende flekk. Det som tidligere så ut som en enkelt lysflekk, har ALMA nå oppløst i to separate lyskilder takket være sin høye oppløsningsevne.

[3] Instrumentene som ble brukt i observasjonene, var Space Telescope Imaging Spectograph (STIS) på Romteleskopet Hubble og Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration (MOSFIRE) på Keck 1-teleskopet på Hawaii.

Mer informasjon

Studien presenteres i en forskningsartikkel i journalen Astrophysical Journal: «ALMA observations of Lyman-α Blob 1: Halo sub-structure illuminated from within» av J. Geach et al.

Forskerteamet består av J. E. Geach (Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire, Hatfield, Storbritannia), D. Narayanan (Department of Physics and Astronomy, Haverford College, Haverford PA, USA; Department of Astronomy, University of Florida, Gainesville FL, USA), Y. Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokyo, Japan; The Graduate University for Advanced Studies, Mitaka, Tokyo, Japan), M. Hayes (Stockholm University, Department of Astronomy og Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, Stockholm, Sverige), Ll. Mas-Ribas (Institutt for teoretisk astrofysikk, Universitetet i Oslo, Norge), M. Dijkstra (Institutt for teoretisk astrofysikk, Universitetet i Oslo, Norge), C. C. Steidel (California Institute of Technology, Pasadena CA, USA ), S. C. Chapman (Department of Physics and Atmospheric Science, Dalhousie University, Halifax, Canada ), R. Feldmann (Department of Astronomy, University of California, Berkeley CA, USA), A. Avison (UK ALMA Regional Centre Node; Jodrell Bank Centre for Astrophysics, School of Physics and Astronomy, The University of Manchester, Manchester, Storbritannia), O. Agertz (Department of Physics, University of Surrey, Guildford, Storbritannia), Y. Ao (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokyo, Japan), M. Birkinshaw (H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Bristol, Storbritannia), M. N. Bremer (H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Bristol, Storbritannia), D. L. Clements (Astrophysics Group, Imperial College London, Blackett Laboratory, London, Storbritannia), H. Dannerbauer (Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Tenerife, Spania; Universidad de La Laguna, Astrofísica, La Laguna, Tenerife, Spania), D. Farrah (Department of Physics, Virginia Tech, Blacksburg VA, USA), C. M. Harrison (Centre for Extragalactic Astronomy, Department of Physics, Durham University, Durham, Storbritannia), M. Kubo (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokyo, Japan), M. J. Michałowski (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Storbritannia), D. Scott (Department of Physics & Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Canada), M. Spaans (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Groningen, Nederland) , J. Simpson (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Storbritannia), A. M. Swinbank (Centre for Extragalactic Astronomy, Department of Physics, Durham University, Durham, Storbritannia ), Y. Taniguchi (The Open University of Japan, Chiba, Japan), E. van Kampen (ESO, Garching, Tyskland), P. Van Der Werf (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nederland), A. Verma (Oxford Astrophysics, Department of Physics, University of Oxford, Oxford, Storbritannia) og T. Yamada (Astronomical Institute, Tohoku University, Miyagi, 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

Jim Geach
Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire
Hatfield, UK
E-post: j.geach@herts.ac.uk

Matthew Hayes
Stockholm University
Stockholm, Sweden
Tlf.: +46 (0)8 5537 8521
E-post: matthew@astro.su.se

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 eso1632 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.:eso1632nb
Navn:LAB-1
Type:Early Universe : Cosmology : Morphology : Large-Scale Structure
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, Very Large Telescope
Science data:2016ApJ...832...37G

Bilder

Datasimulering av en Lyman-alfa-sky
Datasimulering av en Lyman-alfa-sky
Infografikk som viser hvordan en Lyman-alfa-sky fungerer
Infografikk som viser hvordan en Lyman-alfa-sky fungerer
Gigantisk sky gløder innenfra
Gigantisk sky gløder innenfra
Zoom inn på den enorme Lyman-alfa-skyen LAB-1
Zoom inn på den enorme Lyman-alfa-skyen LAB-1
Vidvinkelbilde av himmelen rundt Lyman-alfa-skyen LAB-1
Vidvinkelbilde av himmelen rundt Lyman-alfa-skyen LAB-1

Videoer

Zoom inn på den enorme Lyman-alfa-skyen LAB-1
Zoom inn på den enorme Lyman-alfa-skyen LAB-1

Se også