Pressemeddelelse

De gamle støvede stjerner giver nye oplysninger om den første tid

ALMA observerer de fjerneste objekter nogensinde med dette observatorium

8. marts 2017

En stor klump af lysende stjernestøv i en galakse langt, langt væk - fra helt tilbage, da Universet var bare fire procent af den nuværende alder, er blevet fundet af ALMA. Galaksen ser vi, som den så ud kort tid efter dens dannelse, og det er den fjerneste galakse, hvor støv er fundet til dato. Det er også den fjerneste og dermed ældste registrering af grundstoffet oxygen (ilt). De helt nye observationer giver ny indsigt i fødsel og den eksplosive død for de allerførste stjerner.

Det er et internationalt hold af astronomer, ledet af Nicilas Laporte fra University College, London, som har brugt ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) til at observere A2744_YD4. Det er den yngste og fjerneste galakse, som ALMA indtil nu har observeret. Forskerne blev overraskede over at der selv i denne helt unge galakse var en større mængde af interstellart støv - og det er støv, som er dannet når endnu tidligere generationer af stjerner er eksploderet.

Opfølgende observationer med instrumentet X-shooter på ESOs Very Large Telescope har bekræftet den enorme afstand til A2744_YD4. Galaksen ser for os ud som den var, da Universet blot var 600  millioner år gammelt; i den periode, hvor de første stjerner og galakser blev dannet[1].

"Ikke blot er A2744_YD4 den fjerneste galakse vi endnu har observeret med ALMA," siger Nicholas Laporte, "men det, at vi finder så meget støv, viser os, at der allerede har været supernovaer, som har forurenet denne her galakse."

Kosmisk støv består hovedsageligt af silicium, kulstof og alumnium i korn, som er så små som en milliontedel centimeter i diameter. Grundstofferne i disse støvkorn dannes inde i stjernerne, og de bliver spredt ud i rummet, når stjernerne dør. Det sker på den mest bemærkelsesværdige måde ved supernovaeksplosionerne, hvor meget tunge stjerner efter et kort intenst liv får et voldsomt endeligt. Nu om dage er der masser af støv alle vegne i rummet, og det støv er vigtigt ved stjernedannelse, og ved dannelsen af planeter og komplekse molekyler. I Universets unge dage - før den første stjernegeneration uddøde - var støvet sjældent.

Observationerne af den støvfyldte galakse A2744_YD4 har været mulige fordi denne galakse befinder sig bag en tung galaksehob med betegnelsen Abell 2744 [2]. På grund af den effekt, som kaldes gravitationslinser, fungerer hoben som et enormt kosmisk "teleskop", som har forstørret billedet af den fjerne A2744_YD4 omkring 1,8 gange. Det er det, der har gjort det muligt for forskerholdet at se så langt tilbage i det tidlige Univers.

ALMA observationerne har også afsløret gløden fra ioniseret oxygen fra galaksen A2744_YD4. Det er den største afstand både i tid og i rum, hvor oxygen endnu er observeret, og det overgår et andet ALMA resultat fra 2016.

Vi får nye informationer om, hvornår de første supernovaer eksploderede når vi finder støv så tidligt i Universets historie. Dermed véd vi også mere om, hvornår de allerførste stjerner begyndte at gennemstråle det hidtil mørke univers. Bestemmelsen af tidspunktet for dette "kosmiske daggry" er et af de store mål i den moderne astronomi. Studiet af interstellart støv kan hjælpe os på vej til en løsning på indirekte vis.

Forskerne anslår, at A2744_YD4 indeholdt så meget støv, at det svarer til 6 millioner gange Solens masse. Hele galaksens masse - altså det, som alle stjernerne tilsammen vejede - var som 2 milliarder Sole. Astronomerne har også målt hastigheden for stjernedannelsen i A2744_YD4, og har fundet, at den var svarende til 20 solmasser pr år. For nærværende er antallet af nydannede stjerner i Mælkevejen blot én stjerne af Solens masse pr år[3].

"Det er ikke usædvanligt med så høj en stjernedannelse for denne slags fjerne galakser, men det siger os noget om, hvor hurtigt støvet i A2744_YD4 er dannet," forklarer Richard Ellis (fra ESO og University College London), som er medforfatter på artiklen. "Det er ganske markant, at der kun er dannet støv i 200 millioner år, så vi ser faktisk galaksen meget kort tid efter, at den er dannet."

Det betyder så, at der er sket kraftig stjernedannelse omkring 200 millioner år før det tidspunkt, hvor vi ser galaksen her. ALMA har derfor en rigtig fin mulighed for at studere den periode, hvor de første stjerner og galakser "blev tændt" - tidligere end vi før har kunnet. Vores egen Sol, vores planet Jorden og hele vores egen eksistens er resultaterne af disse første stjernegenerationer - her godt 13 milliarder år senere. Når vi studerer disse liv og død for disse tidlige stjerner, er det altså vores egen oprindelse, vi lærer mere om.

"Mulighederne for at komme endnu dybere og mere detaljeret ind i galaksernes verden i denne tidlige periode er altså blevet meget bedre med ALMA," siger Ellis.

Og Laporte slutter af: "Vi har en helt fantastisk spændende mulighed for at gøre yderliger opdagelser af denne type, hvor vi vil spore stjernedannelsen og dannelsen af de tunge grundstoffer i Universet endnu længere tilbage imod selve begyndelsen."

Noter

[1] Dette tidspunkt svarer til en rødforskydning på z=8.38, i den periode, som kaldes  reioniseringen.

[2] Abell 2744 er et tungt objekt, som befinder sig 3,5 milliarder lysår borte (med en rødforskydning på 0,308. Forskerne mener, at det er resultatet af fire mindre galaker, som er stødt sammen. Objektet har fået øgenavnet Pandoras Hob, fordi kollisonerne har sat gang i en lang række underlige og anderledes fænomener i den periode på omkring 350 millioner år, hvor de foregik. Galakserne udgør bare fem procent af hobens samlede masse, og mørkt stof udgør hele 75%. Det er det mørke stof, som bevirker den voldsomme tyngdekraft, der skal til for at bøje lyset og forstørre det, vi ser af baggrundsgalakserne. De manglende tyve procent formoder astronomerne er varm gas.

I øvrigt har et dansk ledet forskerhold indtil ny haft rekorden for den fjernest observerede galakse. Observationerne tlbage i 2015 blev foretaget med de samme instrumenter (eso1508da), og den gang fandt astronomerne en galakse med den rekordstore afstand på z=7,5 eller hvad der svarer til 700 millioner år efter Big Bang.

[3] Det betyder, at den samlede masse af alle de stjerner, som hvert år dannes i galaksen udgør 20 gange mere end Solens masse.

Mere information

Forskningsresultaterne her bliver offentliggjort i en artikel med titlen “Dust in the Reionization Era: ALMA Observations of a z =8.38 Gravitationally-Lensed Galaxy” af Laporte et al., i tidsskriftet The Astrophysical Journal Letters.

Forskerholdet består af N. Laporte (University College London, UK), R. S. Ellis (University College London, UK; ESO, Garching, Tyskland), F. Boone (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), Toulouse, Frankrig), F. E. Bauer (Pontificia Universidad Católica de Chile, Instituto de Astrofísica, Santiago, Chile), D. Quénard (Queen Mary University of London, London, UK), G. Roberts-Borsani (University College London, UK), R. Pelló (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), Toulouse, Frankrig), I. Pérez-Fournon (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Spain; Universidad de La Laguna, Tenerife, Spanien), og A. Streblyanska (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Spanien; Universidad de La Laguna, Tenerife, Spanien).

­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

• Forskningsartiklen
• Fotos af ALMA

Kontakter

Nicolas Laporte
University College London
United Kingdom
Tel: +44 2 035 495 802
Mobil: +44 7452 807 591
E-mail: n.laporte@ucl.ac.uk

Richard Ellis
ESO
Garching bei München, Germany
Tel: +44 7885 403334
Mobil: +49 151 629 56829
E-mail: rellis@eso.org

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 eso1708 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.