Pressmeddelande

ALMA bevittnar för första gången hur galaxer bildas i det unga universum

22 juli 2015

Teleskopet ALMA har använts för att upptäcka moln där nya stjärnor bildas i normala galaxer på rekordavstånd i det unga universum. Tack vare de nya observationerna kan astronomer nu börja se hur de första galaxerna byggdes upp och hur de under den så kallade återjoniseringsepoken rensade bort de kosmiska dimmorna som tidigare präglat universum. Detta är första gången som man skådat sådana galaxer som mer än bara ljussvaga fläckar på himlen.

När de första galaxerna började bildas några få hundra miljoner år efter big bang var universum fyllt av en dimma av vätgas. Men allt eftersom mer och mer ljuskällor tändes – både stjärnor och kvasarer som drivs av enorma svarta hål – så rensades dimman bort och universum blev genomskinligt för ultraviolett ljus [1]. Astronomer kallar denna tid återjoniseringsepoken, men man vet väldigt lite om dessa första galaxer. Fram tills nu har de bara varit synliga som väldigt ljussvaga fläckar på himlen, men nya observationer från ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) har börjat ändra på detta.

En forskargrupp som leds av Robert Maiolino vid Cavendish Laboratory och Kavli Institute for Cosmology, Universitet i Cambridge, Storbritannien, riktade ALMA mot galaxer som man sedan tidigare visste syns som de var cirka 800 miljoner efter big bang [2]. Astronomerna sökte inte efter ljuset från stjärnorna, utan istället den svaga glöden av joniserat kol [3] i gasmoln där nya stjärnor bildas. De ville studera hur en ung generation av stjärnor växelverkar med de kalla klumparna ur vilka de första galaxerna då höll på att bildas.

Forskarna letade inte heller efter de extremt ljusa och sällsynta objekten, såsom kvasarer och galaxer med väldigt hög stjärnbildningstakt, som man hittills kunnat upptäcka. Istället koncentrerade de sig på de något mindre dramatiska, men mycket mer vanligt förekommande, galaxerna som återjoniserade universum och som senare skulle bli som de flesta galaxer som vi ser omkring oss idag.

Hos en av dessa galaxer – som fått beteckningen BDF 2399 – kunde ALMA upptäcka en svag men tydlig signal från glödande kol. Men skenet hade sitt ursprung inte i galaxens mitt, utan snarare från dess utkanter.

Medförfattaren Andrea Ferrara (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italien) förklarar vikten av detta nya fynd.

– Detta är den mest avlägsna upptäckten hittills av denna typ av emission från en “normal” galax, och vi ser den som den var mindre än en miljard år efter big bang. Detta ger oss möjligheten att se hur de första galaxerna byggs upp. För första gången ser vi de tidiga galaxerna inte bara som små blobbar, utan som objekt med interna strukturer!

Astronomerna tror att det lysande molnets läge vid sidan av galaxen beror på att molnen i dess centrum har förstörts. I mitten råder en kärv miljö tack vare de nyligen bildade stjärnorna, deras intensiva strålning och supernovaexplosioner. Kolglöden visar istället upp reserver av kall gasen som dras in mot galaxen från det intergalaktiska mediet.

Genom att kombinera de nya ALMA-observationerna med datorsimulationer har man nu kunnat i detalj förstå viktiga processer som pågår inuti de första galaxerna. Man kan nu beräkna effekterna från stjärnornas ljus, molekylmolnens överlevnad, den joniserade strålningens flykt och det interstellära mediets komplexa strukturer, och jämföra dom med observationer. BDF 2399 är troligen ett typiskt exempel på en galax som bidrar till universums återjonisering.

Andrea Ferrara tillägger:

– Vi har under många år försökt att förstå det interstellära mediet och hur de återjoniserande källorna bildas. Att vi äntligen kan testa våra förutsägelser och hypoteser med riktiga data från ALMA är ett spännande ögonblick och öppnar upp en helt ny uppsättning av frågor. Observationer av det här slaget kommer att besvara många av de knepiga problem som vi har när vi studerar hur universums första stjärnor och galaxer bildas, säger han.

Roberto Maiolino avslutar.

Noter

[1] Neutral vätgas är väldigt effektivt på att absorbera allt högenergiskt ultraviolett ljus som de unga varma stjärnorna sänder ut. Följdaktligen så är det nästan omöjligt att observera dessa stjärnor i det unga universum. Samtidigt joniserar det absorberade ultravioletta ljuset vätet, vilket gör det genomskinligt. De varma stjärnorna skär därmed ut genomskinliga bubblor i gasen. När alla dessa bubblor slås samman så är återjoniseringen färdig och universum har blivit genomskinligt.

[2] Galaxerna har rödförskjutningar på mellan 6,8 och 7,1.

[3] Astronomerna är speciellt intresserade av joniserat kol eftersom denna spektrallinje bär med sig merparten av stjärnornas energi och gör det möjligt för astronomer att spåra den kalla gas ur vilken stjärnorna bildas. Mer specifikt letade teamet efter emissionen från kol som joniserats en gång (med beteckningen [C II]). Detta ljus har en våglängd på 158 mikrometer; när det når jorden har det sträckts ut av universums expansion till cirka 1,3 millimeter, det vill säga precis rätt våglängd för att kunna mätas av ALMA.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i en artikel med titeln “The assembly of “normal” galaxies at z∼7 probed by ALMA” av R. Maiolino m. fl., och publiceras i tidsskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society den 22 juli 2015.

Forskargruppen består av R. Maiolino (Cavendish Laboratory, University of Cambridge, Cambridge, Storbritannien; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Cambridge, Storbritannien) S. Carniani (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology; Universitá di Firenze, Florence, Italien), A. Fontana (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italien), L. Vallini (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italien; Universitá di Bologna, Bologna, Italien), L. Pentericci (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italien), A. Ferrara (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italien), E. Vanzella (INAF–Bologna Astronomical Observatory, Bologna, Italien), A. Grazian (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italien), S. Gallerani (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italien), M. Castellano (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italien), S. Cristiani (INAF–Trieste Astronomical Observatory, Trieste, Italien), G. Brammer (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, USA), P. Santini (INAF–Osservatorio Astronomico di Roma, Italien), J. Wagg (Square Kilometre Array Organization, Jodrell Bank Observatory, Storbritannien) och R. Williams (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology).

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 16 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop. VISTA arbetar i infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop och VST (VLT Survey Telescope) är det största teleskopet som konstruerats enbart för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO är en huvudpartner i ALMA, världens hittills största astronomiska projekt. Och på Cerro Armazones, nära Paranal, bygger ESO det europeiska extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartikeln

• Bilder på ALMA

Kontakter

Robert Cumming, kontaktperson för ESO:s utåtriktade verksamhet i Sverige
Onsala rymdobservatorium
Sverige
Tel: 031 772 5500
Mobil: 070 493 3114
E-post: robert.cumming@chalmers.se

Roberto Maiolino
Cavendish Laboratory & Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge
Cambridge, United Kingdom
Tel: +44 1223 761661
Mobil: +44 7557 774718
E-post: r.maiolino@mrao.cam.ac.uk

Andrea Ferrara
Scuola Normale Superiore
Pisa, Italy
Mobil: +39 329 0715067
E-post: andrea.ferrara@sns.it

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

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1530 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.