Pressemeddelelse

ALMA viser for første gang galakser som samler sig i det tidlige Univers.

22. juli 2015

ALMA har fundet de indtil nu fjerneste skyer af gas med stjernedannelse i normale galakser. Det foregår langt tilbage i det tidlige Univers. Med de nye observationer kan astronomerne begynde at se, hvordan de første galakser blev dannet, og hvordan de dukkede op af den kosmiske tåge i det tidlige tidsrum, som kaldes reionisationsperioden. Det er første gang galakser af denne typer er set som andet end blot svage pletter.

Universet var fyldt med en tåge af hydrogengas den gang, få hundrede millioner år efter Big Bang, da de første galakser begyndte at blive dannet. Men flere og flere klare lyskilder begyndte at lyse op - det var både stjerner og kvasarer med deres enorme sorte huller - og de fik tågen til at lette, og gjorde Universet gennemskinneligt for ultraviolet lys[1]. Astronomerne kalder dette for reionisationsperioden, men vi ved kun lidt om disse første galakser, og indtil nu har vi kun kunnet se dem som meget svage pletter. Nu begynder det at klare op, takket være det kraftige ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) teleskop.

Et hold astronomer under ledelse af Roberto Maiolino (Cavendish Laboratory og Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, United Kingdom) rettede ALMA mod galakser, som havde vist sig bare 800 millioner år efter Big Bang[2]. Forskerholdet kiggede ikke efter lys fra stjerner, men derimod efter den svage glød fra ioniseret kulstof[3], som kommer fra de gasskyer, hvor stjernerne var under dannelse. Målet var at studere vekselvirkningen imellem de første generationer af stjerner og de kolde klumper af gas, som var ved at trække sig sammen til disse første galakser.

Istedet for de meget lysstærke og sjældne objekter såsom kvasarer og galakser med meget aktiv stjernedannelse koncentrerede holdet sig om de meget mindre dramatiske, men også meget hyppigere galakser, som har reioniseret Universet, og som er blevet til de fleste af de galakser, som vi ser omkring os idag.

ALMA opfangede det svage, men klare signal fra lysende kulstof i en af galakserne; med katalognummeret BDF 3299. Men underligt nok kom dette lys ikke fra centeret, men fra den ene side.

Medforfatter Andrea Ferrara (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italien) forklarer betydningen af disse nye fund: "Vi har aldrig før fundet denne slags stråling fra så fjern en "normal" galakse. Lyset er udsendt mindre end en milliard år efter Big Bang. Det giver os muligheden for at følge hvordan de første galakser blev bygget op. Vi ser for første gang tidlige galakser som objekter med en indre struktur - ikke bare som små pletter."

Astronomernes forklaring på denne skæve lysfordeling er, at de centrale gasskyer bliver forstyrret af de voldsomme forhold omkring de nydannede stjerner. De stråler meget intenst, og der sker mange supernovaeksplosioner. Det lys fra kulstof, som vi ser, viser, hvor der er uforstyrret og kold gas, som trækkes ind fra det intergalaktiske medie.

De nye ALMAobservationer bliver kombineret med computersimuleringer, og dermed bliver det muligt at forstå de vigtige processer i de første galaker i detaljer. Strålingen fra stjernerne, gasskyernes overlevelse, ioniserende stråling, som undslipper, og det interstellare medies komplekse struktur kan nu altsammen beregnes og sammenlignes med observationerne. BDF 3299 er sandsynligvis et typisk eksempel på en galakse, som er årsagen til reionisationen.

"I mange år har vi forsøgt at forstå det interstellare medie og dannelsen af reioniseringskilderne. Der åbner sig helt nye spørgsmål nu, hvor vi endelig kan teste forudsigelserne og hypoteserne overfor rigtige data fra ALMA, og det er rigtig spændende. Disse observationer vil løse op for mange af de knudrede problemer, som vi har med at forstå dannelsen af de første stjerner og galakser i Universet," tilføjer Andrea Ferrara.

Roberto Maiolino slutter: "Uden ALMA ville dette simpelthen ikke have været muligt, for der er ikke andre instrumenter med tilsvarende følsomhed og opløsningsevne. Selvom det er en af de dybeste observationer med ALMA indtil nu, er vi stadig langt fra at have nået anlæggets endelige muligheder. I fremtiden kommer ALMA til at vise os den finere struktur i de tidlige galakser, og vi vil kunne se opbygningen af de allerførste galakser i detaljer."

Noter

[1] Neutral hydrogengas opfanger effektivt alt de højenergetiske ultraviolette lys, som unge varme stjerner udsender. Derfor er disse stjerner næsten umulige at observere i det tidlige Univers. Samtidig ioniserer det ultraviolette lys hydrogenen, som derefter bliver gennemsigtig. Derfor danner de varme stjerner gennemsigtige bobler i gassen. Når alle boblerne vokser sammen, så de fylder hele rummet, er reioniseringen afsluttet, og Universet er blevet gennemsigtigt - som det blev da det var knapt en milliard år gammelt.

[2] De havde rødforskydninger imellem 6.8 to 7.1.

[3] Astronomerne er særligt interesserede i ioniseret kulstof fordi denne særlige spektrallinie indeholder det meste af den energi, som stjernerne pumper ud i gassen. Ved at følge fordelingen af kulstoffets lys, kan astronomerne følge fordelingen af den kolde gas, som stjernerne dannes af. Enkeltioniseret kulstof ([C III]) udsender lys med en bølgelængde på 158 mikrometer, men lyset strækkes ud på grund af Universets udvidelse, så når kulstoflyset når ALMA har det en bølgelængde på 1,3 millimeter, og det er netop i det område, hvor ALMA har sin store styrke.

Mere information

Forskningen offentliggøres i artiklen med titlen “The assembly of “normal” galaxies at z∼7 probed by ALMA”, af R. Maiolino et al., i tidsskriftet Monthly Notices of the Royal Astronomical Society den 22. juli 2015.

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

­ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, er et internationalt astronomisk observatorium, med ESO, US National Science Foundation (NSF) og National Institutes of Natural Sciences (NINS) i Japan i samarbejde med Chile. ALMAs finansieres af ESO (Det europæiske sydobservatorium), NSF i samarbejde med Canadas National Research Council og National Science Council i Taiwan, og af NINS i samarbejde med Academia Sinica i Taiwan og Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

 

Opbygning og drift af ALMA styres af ESO på vegne af medlemstaterne, af National Radio Observatory ved Associated Universities, Inc. på vegne af Nordamerika og af National Astronomical Observatory i Japan på vegne af Østasien. Organisationen Joint ALMA Observatory, JAO står for den fælles ledelse og styring af konstruktion og drift af ALMA.

 

ESO er den fremmeste fællesnationale astronomiorganisation i Europa, og verdens langt mest produktive jordbaserede astronomiske observatorium. 16 lande er med i ESO: Belgien, Brazilien, Danmark, Finland, Frankrig, Italien, Nederlandene, Polen, Portugal, Spanien, Sverige, Schweiz, Storbritannien, Tjekkiet, Tyskland og Østrig, og desuden værtsnationen Chile. ESO har et ambitiøst program, som gør det muligt for astronomer at gøre vigtige videnskabelige opdagelser. Programmet har focus på design, konstruktion og drift af stærke jordbaserede observatorier. Desuden har ESO en ledende rolle i formidling og organisering af samarbejde omkring astronomisk forskning. ESO driver tre enestående observatorier i verdensklasse i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO VLT, Very Large Telescope, som er verdens mest avancerede observatorium for synligt lys, samt to oversigtsteleskoper. VISTA, som observerer i infrarødt, er verdens største oversigtsteleskop, og VLT Survey Teleskopet er det største teleskop bygget til at overvåge himlen i synligt lys. ESO er en af de største partnere i ALMA, som er det største eksisterende astronomiprojekt. For tiden bygges E-ELT, et 39 m optisk og nærinfrarødt teleskop på Cerro Armazones, tæt ved Paranal. Det bliver "verdens største himmeløje".

Links

• Selve forskningsartiklen
• Billeder af ALMA

Kontakter

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

Andrea Ferrara
Scuola Normale Superiore
Pisa, Italy
Mobil: +39 329 0715067
E-mail: 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-mail: rhook@eso.org

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1530 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.