eso1633nb — Pressemelding

ALMA utforsker Hubble Ultra Deep Field

Dypeste millimeterkartlegging noensinne av det tidlige univers

22. september 2016

To internasjonale astronomteam har brukt Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) for å studere en ørliten himmelregion kalt Hubble Ultra Deep Field. De nye ALMA-observasjonene er betydelig dypere og skarpere enn tidligere kartlegginger på millimeterbølgelengder. De viser tydelig at stjernedannelsen i unge galakser henger nært sammen med den totale massen til stjernene i galaksene. Dataene inneholder også informasjon om mengden stjernedannende gass som eksisterte ved ulike tidsepoker, hvilket gir ny innsikt i galaksedannelsens «gullalder» for rundt 10 milliarder år siden.

De nye ALMA-resultatene publiseres i en serie forskningsartikler i journalene Astrophysical Journal og Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. De presenteres også på den vitenskapelige konferansen «Half a Decade of ALMA» i Palm Springs i California denne uken.

I 2004 offentliggjorde Romteleskopet Hubble et bilde som fikk navnet Hubble Ultra Deep Field, forkortet HUDF. Bildet ble laget ved å ta svært lange – eller dype – eksponeringer av en liten og tilsynelatende tom himmelregion. Det spektakulære og etter hvert berømte bildet gikk dypere enn noen andre observasjoner og avdekket myriader av galakser i det svært fjerne og unge univers. De yngste objektene ligger faktisk så langt unna oss at vi ser dem slik de framstod da universet var mindre enn en milliard år gammelt. Himmelområdet er senere avbildet flere ganger med både Romteleskopet Hubble og mange andre teleskoper. Resultatet er de dypeste observasjoner noensinne av universet.

For første gang har astronomer nå tatt både dype og skarpe bilder på millimeterbølgelengder av dette lille, men mye studerte vinduet mot det fjerne univers [1]. Man kan se den svake gløden fra både gasskyer og varmt støv inni galakser på en tid da universet var i sin ungdom.

Fram til nå har ALMA observert HUDF-regionen i totalt ca. 50 timer. Det er enn så lenge den lengste tiden ALMA har brukt på et enkelt himmelområde.

Et forskerteam ledet av Jim Dunlop (Universitetet i Edinburgh i Storbritannia) anvendte ALMA for å ta et dypt og homogent bilde av hele HUDF-regionen på millimeterbølgelengder. Galaksene på ALMA-bildet kunne enkelt finnes igjen på tidligere bilder tatt på andre bølgelengder med Hubble-teleskopet og andre observatorier. Studien viste tydelig at den samlede massen til stjernene i en galakse er den beste indikatoren på hvor raskt stjerner dannes i det tidlige univers. Alle galaksene teamet identifiserte, hadde stor masse [2].

«Dette er et banebrytende resultat. For første gang er vi i stand til å koble Hubble-bildene av det fjerne univers tatt i synlig og ultrafiolett lys sammen med observasjoner gjort på infrarøde og millimeterlange bølgelengder med ALMA,» sier Jim Dunlop, som også er hovedforfatter av en av de nye forskningsartiklene.

Det andre forskerteamet ble ledet av Manuel Aravena (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile) og Fabian Walter (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Tyskland). De foretok enda dypere observasjoner av et mindre område på rundt en sjettedel av arealet til HUDF [3].

«Vi gjennomførte det første fullstendig ‘blinde’ tredimensjonale søk etter kald gass i det tidlige univers,» sier teammedlem Chris Carilli (National Radio Astronomy Observatory, Socorro, New Mexico, USA). «Det vi oppdaget, var en galaksepopulasjon som man knapt kan se spor av i andre dype himmelkartlegginger.» [4]

Noen av de nye ALMA-observasjonene var skreddersydd for å finne galakser som er rike på karbonmonoksid. Områder med mye karbonmonoksidgass ventes nemlig å bli gode stjernefødestuer, men de er ofte svært vanskelige å identifisere med Hubble-teleskopet. Med ALMA kan forskerne med andre ord avdekke tidligere ukjente sider ved hvordan galakser vokser fram og utvikler seg.

«De nye ALMA-resultatene bekrefter at mengden gass i galaksene øker kraftig når vi ser lenger og lenger tilbake i tid. Gassinnholdet er trolig årsaken til at stjernedannelsesaktiviteten vokste så kraftig under galaksedannelsens gullalder for om lag 10 millioner år siden,» forklarer Manuel Aravena, hovedforfatteren av to av forskningsartiklene.

Resultatene som presenteres i dag, er bare begynnelsen på en serie framtidige ALMA-observasjoner for å utforske det fjerne univers. For eksempel skal en 150 timer lang observasjonskampanje av HUDF-regionen kaste ytterligere lys på stjernedannelseshistorien i universet vårt.

«De kommende ALMA-observasjonene vil gi oss mer informasjon om den manglende gassen som kreves for å drive den intense stjernedannelsen tidlig i universets historie. Dataene vil gi oss et enda mer komplett syn på galaksene i det berømte Hubble Ultra Deep Field-bildet,» avslutter Fabian Walter.

Fotnoter

[1] Da astronomer vurderte hvilken himmelregion som skulle studeres i forbindelse med det opprinnelige HUDF-bildet, valgte man et område i det lite iøynefallende stjernebildet Smelteovnen på den sørlige himmelhalvkule. På den måten kunne området også avbildes med bakkebaserte teleskoper som ALMA, som holder til på den sørlige halvkule og som kan bidra med observasjoner på helt andre bølgelengder. En av ALMAs hovedoppgaver er nettopp å studere de deler av det fjerne univers som framstår usynlig for teleskoper som opererer i synlig lys.

[2] Galakser med «stor masse» betyr i denne sammenheng at galaksene inneholder stjerner med en total masse større enn 20 milliarder ganger Solas masse (2×1010 solmasser).

[3] Dette området er omtrent 700 ganger mindre enn fullmånens utstrekning på himmelen (sett fra Jorda). Mens selv i en så liten region finnes det utrolig mange galakser.

[4] ALMA observerer i en helt annen del av det elektromagnetiske spektrum enn det Hubble-teleskopet gjør. Astronomene kan derfor studere helt andre astronomiske objekter, blant annet enorme skyer der stjerner fødes, og objekter som er for lyssvake til å kunne sees i synlig lys, men som skinner sterkere på de lengre bølgelengder ALMA kan fange opp.

Søket omtales som «blindt» fordi man ikke lette etter et bestemt objekt, men i stedet så hva som dukket opp.

De nye ALMA-observasjonene av HUDF-regionen inneholder to forskjellige, men utfyllende typer data: såkalte kontinuumobservasjoner, som avslører stråling fra støv og stjernedannelse, og spektroskopiske observasjoner, som fokuserer på den kalde molekylære gassen som er selve drivstoffet for stjernedannelsen. Den spektroskopiske kartleggingen er spesielt nyttig fordi den inneholder informasjon om hvor mye lyset fra fjerne objekter er rødforskjøvet grunnet universets utvidelse. Større rødforskyvninger betyr at objektet er lenger unna, noe som igjen betyr at vi ser lenger tilbake i tid. På denne måten kan astronomer lage tredimensjonale kart over hvordan stjernedannende gass utvikler seg gjennom universets lange historie.

Tidligere kartlegginger av fordelingen til kald gass i det tidligere univers er blitt utført med Plateau de Bure-observatoriet i de franske alper og med Karl G. Jansky Very Large Array i USA.

Mer informasjon

Forskningen presenteres i følgende vitenskapelige artikler:

  1. «A deep ALMA image of the Hubble Ultra Deep Field» av J. Dunlop et al., publiseres i journalen 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» av M. Aravena et al., publiseres i journalen Astrophysical Journal.

  3. «The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Molecular Gas Reservoirs in High-Redshift Galaxies» av R. Decarli et al., publiseres i journalen 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» av R. Decarli et al., publiseres i journalen 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» av M. Aravena et al., publiseres i journalen Astrophysical Journal.

  6. «The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Survey Description» av F. Walter et al., publiseres i journalen 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» av R. Bouwens et al., publiseres i journalen 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» av C. L. Carilli et al., publiseres i journalen Astrophysical Journal.

De to forskerteamene består av:

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

K. Sheth (NASA Headquarters, Washington DC, USA), Roberto Neri (IRAM, Saint-Martin d’Hères, Frankrike), O. Le Fèvre (Aix Marseille Université, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Marseille, Frankrike), M. Dickinson (Steward Observatory, University of Arizona, USA), R. Assef (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), I. Labbé (Leiden Observatory, Leiden University, Nederland), S. Wilkins (Astronomy Centre, University of Sussex, Brighton, Storbritannia), J.S. Dunlop (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Storbritannia), R.J. McLure (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Storbritannia), A.D. Biggs (ESO, Garching, Tyskland), J.E. Geach (University of Hertfordshire, Hatfield, Storbritannia), M.J. Michałowski (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Storbritannia), W. Rujopakarn (Chulalongkorn University, Bangkok, Thailand), E. van Kampen (ESO, Garching, Tyskland), 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, Storbritannia), V.A. Bruce (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Storbritannia), 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, Frankrike), M. Cirasuolo (ESO, Garching, Tyskland), K.E.K. Coppin (University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, Storbritannia), R.S. Ellis (ESO, Garching, Tyskland), 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, Storbritannia), M.P. Koprowski (University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, Storbritannia), 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, Storbritannia), 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) og M. Yun (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA).

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

James Dunlop
University of Edinburgh
Edinburgh, United Kingdom
E-post: jsd@roe.ac.uk

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

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

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 eso1633 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.

Bilder

ALMA utforsker Hubble Ultra Deep Field
ALMA utforsker Hubble Ultra Deep Field
ALMA utforsker Hubble Ultra Deep Field
ALMA utforsker Hubble Ultra Deep Field
Hubble eXtreme Deep Field
Hubble eXtreme Deep Field
Dype ALMA-observasjoner av en bit av Hubble Ultra Deep Field
Dype ALMA-observasjoner av en bit av Hubble Ultra Deep Field
Dype ALMA-observasjoner av en bit av Hubble Ultra Deep Field
Dype ALMA-observasjoner av en bit av Hubble Ultra Deep Field

Videoer

ALMA utforsker Hubble Ultra Deep Field
ALMA utforsker Hubble Ultra Deep Field

Se også