eso1632sv — Pressmeddelande (forskning)

ALMA avslöjar hemligheten bakom jätteklump i rymden

21 september 2016

En internationell forskargrupp har använt ALMA samt bland annat ESO:s Very Large Telescope för att upptäcka sanningen bakom en sällsynt typ av objekt i det avlägsna universum som kallas Lyman alfa-blobbar. Fram tills nu har astronomer inte förstått vad som gör att dessa enorma gasmoln lyser så starkt. Nu har ALMA sett två galaxer i hjärtat av ett av dessa objekt som lyser upp sin omgivning genom att bilda nya stjärnor i en frenetisk takt. Galaxparet ligger dessutom i mitten av en svärm av mindre galaxer som tycks utgöra en tidig fas i bildandet av en tung galaxhop. De två ALMA-källorna förväntas utvecklas till en enda jättelik elliptisk galax.

Lyman alfa-blobbar (LAB) är gigantiska moln av vätgas som kan vara uppemot hundratusentals ljusår tvärsöver och som har upptäckts på väldigt stora kosmiska avstånd. Bakom namnet ligger det karaktäristiska ultravioletta ljuset som de sänder ut, Lyman alfa-strålning [1], och att de i tidigare observationer såg ut som amöba-liknande fläckar på himlen. Processen som ger upphov till LAB-fenomenet har blivit ett astronomisk gåta, men observationer med ALMA kan nu ha löst mysteriet.

En av de största kända Lyman alfa-blobbarna, och den som studerats bäst, kallas LAB-1, eller SSA22-Lyman alfa-blobb 1. Inbäddad i mitten av en stor hop av galaxer som ännu inte är färdigbildad, LAB-1 blev 2000 det första sådana objektet som upptäcktes. Den ligger så långt bort att dess ljus behöver 11,5 miljarder år för att nå oss.

En forskargrupp som leds av astronomen Jim Geach vid Centrum för astrofysikforskning vid University of Hertfordshire i Storbritannien har nu utnyttjat ALMA (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) för att se djupt in i LAB-1. Tack vare ALMA:s oöverträffliga förmåga att observera ljus från kalla stoftmoln i avlägsna galaxer kunde astronomerna peka ut och upplösa flera källor i submillimeterljus [2].

Sedan kombinerade forskarna ALMA-bilder med observationer från instrumentet MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) som sitter på ESO:s Very Large Telescope (VLT) i vilka Lyman alfa-ljuset kartläggs. Detta visade att ALMA-källorna befinner sig i hjärtat av Lyman alfa-fläcken, där de bildar stjärnor i en takt mer än hundra gånger den i Vintergatan.

Djupa bilder med NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble och spektroskopi vid W. M. Keck-observatoriet [3] visade också att ALMA-källorna omges av mängder av bleka galaxer. Om dessa håller på att bombardera hopens mitt med material kan de hjälpa till att driva de centrala galaxernas höga stjärnbildningstakt.

Teamet vände sig sedan till sofistikerade beräkningar av hur galaxer kan bildas. Med hjälp av simulationerna kunde de demonstrera att de gigantiska glödande molnen av Lyman alfa-ljus kan förklaras om ultraviolett ljus som alstras där nya stjärnor bildas i ALMA-källorna sprids av den omgivande vätgasen. Detta skulle i så fall ge upphov till den Lyman alfafläcken som vi ser.

Jim Geach är förstaförfattare till den nya studien.

– Tänk dig en gatlykta en dimmig natt – du ser ett diffust ljus eftersom ljuset sprids av de pyttesmå vattendropparna. Samma sak händer här, men gatlyktan är en intensiv stjärnbildande galax och dimman är ett enormt moln av intergalaktisk gas. Galaxerna lyser upp sin omgivning, förklarar han.

Att förstå hur galaxer bildas och utvecklas är en gigantisk utmaning. Astronomer tror att Lyman alfa-fläckarna är viktiga eftersom de verkar vara de platser där universums tyngsta galaxer bildas. Framför allt ger den utsträckta Lyman alfa-glöden oss viktig information om vad som händer i de uråldriga gasmolnen som omger de unga galaxerna. Sådana moln är svåra att studera men viktiga att förstå.

Jim Geach avslutar.

– Vad som är spännande med dessa fläckar är att vi får en sällsynt glimt av vad som händer omkring dessa unga, växande galaxer. Ursprunget till de utsträckta Lyman alfa-blobbarna har sedan länge varit ett kontroversiellt ämne. Men med en kombination av nya observationer och de allra nyaste simuleringarna tror vi att vi har löst ett 15 år gammalt mysterium: LAB-1 är ett ställe där en massiv elliptisk galax nu bildas som en dag kommer utgöra hjärtat av en jättelik galaxhop. Vi ser en ögonblicksbild av tiden då galaxen fogades samman för 11,5 miljarder år sedan.

Noter

[1] De negativt laddade elektronerna som kretsar runt den positivt laddade kärnan i en atom har kvantiserade energinivåer. Det innebär att de kan bara existera i specifika energitillstånd, och de kan bara röra sig mellan dem genom att skaffa sig eller förlora exakta mängder av energi. Lyman alfa-strålning produceras när elektronerna i väteatomer faller från den nästlägsta till den lägsta energinivån. Den exakta mängden av energi frigörs som ljus med en speciell våglängd i den ultravioletta delen av spektrat, som astronomer kan upptäcka med rymdteleskop, och från jorden för rödskiftade objekt. För LAB-1, med en rödförskjutning av z~3, framträder Lyman alfa-ljuset som synligt ljus.

[2] Upplösning är förmågan att skilja mellan två eller flera närliggande objekt. Vid låga upplösningar kan flera ljusa objekt på avstånd se ut som en enda lysande fläck. Bara på mindre avstånd kan vi urskilja varje individuell källa. Tack vare ALMA:s höga upplösningsförmåga kan forskare se att vad man tidigare trodde var ett enda objekt i själva verket består av två separata källor.

[3] Instrumenten som användes var Space Telescope Imaging Spectograph (STIS) som sitter på NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble och Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration (MOSFIRE) som sitter på Keck 1-teleskopet i Hawaii.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i en artikel med titel “ALMA observations of Lyman-α Blob 1: Halo sub-structure illuminated from within” av J. Geach m. fl. Som publiceras i tidsskriften Astrophysical Journal.

Forskarlaget består av J. E. Geach (Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire, Hatfield, Storbritannien), 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), Matthew Hayes (Institutionen för astronomi, Stockholms universitet, samt Oskar Klein Center för kosmopartikelfysik, Stockholm, Sverige), Lluis Mas-Ribas (Institutet för teoretisk astrofysik, Universitetet i Oslo, Norge), M. Dijkstra (Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo, Oslo, Norge), C. C. Steidel (California Institute of Technology, Pasadena CA, USA ), S. C. Chapman (Department of Physics and Atmospheric Science, Dalhousie University, Halifax, Kanada), 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, Storbritannien), O. Agertz (Department of Physics, University of Surrey, Guildford, Storbritannien), Y. Ao (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokyo, Japan), M. Birkinshaw (H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Bristol, Storbritannien), M. N. Bremer (H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Bristol, Storbritannien), D. L. Clements (Astrophysics Group, Imperial College London, Blackett Laboratory, London, Storbritannien), H. Dannerbauer (Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Teneriffa, Spanien; Universidad de La Laguna, Astrofísica, La Laguna, Teneriffa, Spanien), D. Farrah (Department of Physics, Virginia Tech, Blacksburg VA, USA), C. M. Harrison (Centre for Extragalactic Astronomy, Department of Physics, Durham University, Durham, Storbritannien), M. Kubo (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokyo, Japan), M. J. Michałowski (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Storbritannien), D. Scott (Department of Physics & Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Kanada), M. Spaans (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Groningen, Nederländerna) , J. Simpson (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Storbritannien), A. M. Swinbank (Centre for Extragalactic Astronomy, Department of Physics, Durham University, Durham, Storbritannien), Y. Taniguchi (The Open University of Japan, Chiba, Japan), E. van Kampen (ESO, Garching, Tyskland), P. Van Der Werf (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Nederländerna), A. Verma (Oxford Astrophysics, Department of Physics, University of Oxford, Oxford, Storbritannien) och T. Yamada (Astronomical Institute, Tohoku University, Miyagi, Japan).

ALMA är en internationell anläggning för astronomi och är ett samarbete mellan ESO, National Science Foundation i USA och Nationella instituten för naturvetenskap (NINS) i Japan i samverkan med Chile. ALMA stöds av ESO åt dess medlemsländer, av NSF i samarbete med Kanadas National Research Council (NRC) och Taiwans Nationella vetenskapsråd (NSC) samt av NINS i samarbete med Academia Sinica (AS) i Taiwan och Koreas Institut för astronomi och rymdforskning (KASI).
Byggandet och drivandet av ALMA leds av ESO av dess medlemsstater; av National Radio Astronomy Observatory (NRAO), som förvaltas av Associated Universities, Inc. (AUI), på uppdrag av Nordamerika; och av National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) på uppdrag av Östasien. Joint ALMA Observatory (JAO) bidrar med enhetlig ledning och styrning av byggandet, driftsättning och drift av ALMA.

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

Kontakter

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

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

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

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 eso1632, som tagits fram inom ramarna för ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer som fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Robert Cumming.

Om pressmeddelandet

Pressmeddelande nr:eso1632sv
Namn:LAB-1
Typ:Early Universe : Cosmology : Morphology : Large-Scale Structure
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, Very Large Telescope
Science data:2016ApJ...832...37G

Bilder

Datorsimulering av en Lyman alfa-blobb
Datorsimulering av en Lyman alfa-blobb
Infografik: Så fungerar en Lyman alfa-blobb
Infografik: Så fungerar en Lyman alfa-blobb
Jätteklump i rymden som lyser inifrån
Jätteklump i rymden som lyser inifrån
Att närma sig jätteklumpen LAB-1 i rymden
Att närma sig jätteklumpen LAB-1 i rymden
Vidvinkelbild av himlen omkring jätteklumpen LAB-1
Vidvinkelbild av himlen omkring jätteklumpen LAB-1