Lehdistötiedote

ALMA todistaa ensi kertaa galaksien rakentumista varhaisessa maailmankaikkeudessa

22. heinäkuuta 2015

ALMA-teleskooppia (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) on käytetty ensimmäistä kertaa havaitsemaan kaikkein kaukaisimpia tähän mennessä löydettyjä tähtiä muodostavan kaasun pilviä varhaisen maailmankaikkeuden normaaleissa galakseissa. Uusien havaintojen ansiosta tähtitieteilijät voivat alkaa nähdä kuinka ensimmäiset galaksit rakentuivat ja kuinka ne hälvensivät kosmisen sumun reionisaation aikana. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tällaisia galakseja on nähty paremmin kuin vain himmeinä möykkyinä.

Kun ensimmäiset galaksit alkoivat muodostua muutama sata miljoona vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, maailmankaikkeus oli täynnä vetykaasun aikaansaamaa sumua. Yhä suuremman joukon sekä tähtien että valtavia mustia aukkoja voimanlähteenä käyttävien kvasaarien kaltaisten kirkkaiden kohteiden alkaessa loistaa ne pyyhkivät kuitenkin sivuun sumun ja saivat maailmankaikkeuden läpinäkyväksi ultraviolettivalolle [1]. Tähtitieteilijät kutsuvat tätä ajanjaksoa reionisaatioksi, mutta vain vähän tiedetään näistä ensimmäisistä galakseista ja tähän mennessä ne on nähty vain hyvin himeinä möykkyinä. Nyt ALMA:n tehokkuutta hyödyntävät uudet havainnot ovat kuitenkin alkaneet muuttaa tätä.

Roberto Maiolinon (Cavendish Laboratory ja Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Iso-Britannia) johtama tähtitieteilijäryhmä suuntasi ALMA:n vain noin 800 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen nähdyiksi tunnettuihin galakseihin [2]. Tähtitieteilijät eivät etsineet tähtien valoa, vaan sen sijaan tähtiä muodostavista kaasupilvistä tulevaa ionisoituneen hiilen [3] himmeää hohdetta. He halusivat tutkia tähtien nuoren sukupolven ja näitä ensimmäisiä galakseja koostavien kylmien möykkyjen välistä vuorovaikutusta.

He eivät myöskään etsineet kvasaarien ja hyvin runsaasti tähtiä muodostavien galaksien kaltaisia tähän mennessä havaittuja äärimmäisen kirkkaita ja harvinaisia kohteita. Sen sijaan he keskittyivät vähemmän dramaattisiin, joskin paljon yleisempiin, galakseihin, jotka reionisoivat maailmankaikkeuden ja muuttuivat sitten nykyään ympärillämme näkemiksemme normaaleksi galakseiksi.

Yhdestä galaksista, joka sai nimen BDF 3299, ALMA sai himmeän, mutta selvän signaalin hohtavasta hiilestä. Tämä hohde ei kuitenkaan tullut galaksin keskustasta, vaan sen yhdeltä sivulta.

Yksi julkaisun kirjoittajista, Andrea Ferrara (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italia) selittää tämän uuden löydön merkittävyyttä: "Tämä on tähän mennessä etäisin havainto tämänkaltaisesta säteilystä, joka tulee 'normaalista' galaksista, joka nähdään alle miljardin vuoden ikäisestä maailmankaikkeudesta. Sen ansiosta meillä on mahdollisuus katsoa ensimmäisten galaksien kasaantumista. Näemme ensimmäistä kertaa varhaisia galakseja pikkuruisten möykkyjen sijaan kohteina, joilla on sisäistä rakennetta!"

Tähtitieteilijät ajattelevat, että hohteen sijainti keskustan sivussa johtuu keskustan pilvien hajoamisesta vast'ikään muodostuneiden tähtien sekä kiivaan säteilyn että supernovaräjähdysten vaikutusten ankarassa ympäristössä, samalla kun hiilen hohde paljastaa tuoreen kylmän kaasun, joka kasaantuu galaksien välisestä aineesta.

Yhdistämällä ALMA:n uudet havainnot tietokonesimulaatioihin on ollut mahdollista ymmärtää yksityiskohtaisesti ensimmäisissä galakseissa tapahtuvia avainprosesseja. Tähtien säteilyn vaikutukset, molekylaaristen pilvien selviytyminen, ionisoivan säteilyn karkaaminen ja tähtienvälisen aineen monimutkainen rakenne voidaan nyt laskea ja verrata havaintoihin. BDF 3299 on todennäköisesti tyypillinen esimerkki reionisaation aiheuttaneista galakseista.

"Me olemme yrittäneet ymmärtää tähtienvälistä ainetta ja reionisaatiokohteiden muodostumista useita vuosia. On jännittävää kyetä viimein testaamaan ennusteita ja hypoteeseja aitoon ALMA:n havaintoaineistoon. Se avaa uuden sarjan kysymyksiä. Tämäntyyppiset havainnot selventävät monia visaisia ongelmia, joita meillä on maailmankaikkeuden ensimmäisten tähtien ja galaksien muodostumisessa," lisää Andrea Ferrara.

Roberto Maiolino päättää: "Tämä tutkimus olisi yksinkertaisesti ollut mahdoton ilman ALMA:a, sillä mikään muu havaintolaite ei kykene saavuttamaan vaadittavia herkkyyttä ja tarkkuutta. Vaikka tämä on yksi syvimpiä ALMA:n havaintoja tähän mennessä, olemme vielä kaukana sen äärimmäisistä kyvyistä. Tulevaisuudessa ALMA tulee kuvaamaan alkugalaksien hienorakennetta ja jäljittämään yksityiskohtaisesti aivan ensimmäisten galaksien rakentumista.

Lisähuomiot

[1] Neutraali vetykaasu absorboi hyvin tehokkaasti kaiken suurienergiaisen ultraviolettisäteilyn nuorista, kuumista tähdistä. Sen seurauksena näitä tähtiä on lähes mahdoton havaita varhaisessa maailmankaikkeudessa. Samalla absorboitu ultraviolettivalo ionisoi vetyä ja tekee sen täysin läpinäkyväksi. Kuumat tähdet kovertavat siten läpinäkyviä kuplia kaasuun. Kun kaikki nämä kuplat yhdistyvät täyttämään kaiken avaruuden, reionisaatio on valmis ja maailmankaikkeus muuttuu läpinäkyväksi.

[2] Niiden punasiirtymät vaihtelevat välillä 6.8—7.1.

[3] Tähtitieteilijät ovat erityisen kiinnostuneita ionisoituneesta hiilestä, sillä tämä erityinen spektriviiva käsittää suurimman osan tähtien syöttämästä energiasta ja siten tähtitieteilijät voivat jäljittää kylmää kaasua, josta tähdet muodostuvat. Tutkimusryhmä etsi erityisesti säteilyä kerran ionisoituneesta hiilestä (josta käytetään merkintää [CII]). Tämä säteily esiintyy aallonpituudella 158 mikrometriä ja siihen mennessä kun se maailmankaikkeuden laajenemisen venyttämänä saapuu ALMA-teleskooppiin, sillä on juuri oikea aallonpituus, jotta se voidaan havaita 1.3 millimetrin aallonpituudella.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisussa "The assembly of “normal” galaxies at z∼7 probed by ALMA”, jonka kirjoittivat R. Maiolino et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 22. heinäkuuta 2015.

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

Kansainvälinen tähtitieteen tutkimuslaitos Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) on ESO:n, US National Science Foundationin (NSF) ja Japanin National Institutes of Natural Sciencesin (NINS)  kumppanuushanke yhteistyössä Chilen kanssa. ALMA:a rahoittavat Euroopan eteläinen observatorio (ESO) jäsenmaidensa puolesta, NSF yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiedeneuvoston (NSC) kanssa sekä Japanin kansalliset luonnontieteelliset instituutit (NINS) yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) ja Korea Astronomy and Space Science Instituten (KASI) kanssa.

ALMA:n rakentamista ja toimintaa ohjaa Euroopan osalta ESO, Pohjois-Amerikan osalta Kansallinen radiotähtitieteen observatorio (NRAO), jota hallinnoi Associated Universities, Inc. (AUI), ja Itä-Aasian osalta Japanin Kansallinen tähtitieteellinen observatorio (NAOJ). Yhteinen ALMA-observatorio (JAO) huolehtii ALMA:n rakentamisen, kokoonpanon ja operaation yhtenäisestä johdosta ja hallinnoinnista.

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 16 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla Very Large Telescope (VLT), maailman kehittynein näkyvää valoa havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, ja kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja on maailman suurin kartoitusteleskooppi. VLT Survey Telescope on suurin vartavasten taivaan näkyvän valon kartoitukseen suunniteltu teleskooppi. ESO on yksi maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, ALMA-teleskoopin pääyhteistyökumppaneista. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista E-ELT -teleskooppia (European Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu
• Valokuvia ALMA:sta

Yhteystiedot

Roberto Maiolino
Cavendish Laboratory & Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge
Cambridge, United Kingdom
Puh.: +44 1223 761661
Matkapuhelin: +44 7557 774718
Sähköposti: r.maiolino@mrao.cam.ac.uk

Andrea Ferrara
Scuola Normale Superiore
Pisa, Italy
Matkapuhelin: +39 329 0715067
Sähköposti: andrea.ferrara@sns.it

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
Sähköposti: rhook@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media