Komunikat prasowy

ALMA zaobserwowała najdalszy tlen

16 czerwca 2016

Zespół astronomów użył Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) do wykrycia tlenu w odległej galaktyce widocznej w stanie jaki miała zaledwie 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Jest to najodleglejsza galaktyka, w której bez wątpliwości wykryto tlen. Najprawdopodobniej jest on jonizowany przez potężne promieniowanie od młodych, olbrzymich gwiazd. Galaktyka ta może być przykładem klasy obiektów odpowiedzialnych za kosmiczną rejonizację we wczesnej historii Wszechświata.

Astronomowie z Japonii, Szwecji, Wielkiej Brytanii oraz ESO wykorzystali Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) do obserwacji jednej z najdalszych znanych galaktyk, SXDF-NB1006-2, znajdującą się na przesunięciu ku czerwieni równym 7,2, co oznacza, że widzimy ją w stanie jaki miała zaledwie 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Badacze mieli nadzieję na dowiedzenie się czegoś o ciężkich pierwiastkach chemicznych [1] występujących w galaktyce, aby móc ustalić poziom aktywności procesów gwiazdotwórczych i wyciągnąć na tej podstawie wnioski o okresie w historii Wszechświata znanym jako epoka kosmicznej rejonizacji.

„Poszukiwania ciężkich pierwiastków we wczesnym Wszechświecie są kluczowym sposobem na zbadania aktywności gwiazdotwórczej w tej epoce” powiedział Akio Inoue z Osaka Sangyo University, Japonia, główny autor publikacji naukowej, która ukaże się w czasopiśmie „Science”. „Badania ciężkich pierwiastków dają nam także wskazówki pomagające w zrozumieniu jak powstały galaktyki i co spowodowało kosmiczną rejonizację” - dodał.

W czasach zanim uformowały się obiekty we Wszechświecie, był on wypełniony elektrycznie neutralnym gazem. Gdy pierwsze obiekty zaczęły świecić, kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu, emitowały potężne promieniowanie, które zaczęło rozbijać neutralne atomy - jonizować gaz. Podczas tej fazy – zwanej kosmiczną rejonizacją – cały Wszechświat dramatycznie się zmienił. Jednak trwa dyskusja jaki dokładnie rodzaj obiektów spowodował rejonizację. Badania warunków w bardzo odległych galaktykach może pomóc w odpowiedzi na to pytanie.

Przed obserwacjami odległej galaktyki naukowcy przeprowadzili symulacje komputerowe, aby przewidzieć jakie są szanse dostrzeżenia śladów zjonizowanego tlenu za pomocą ALMA. Rozważano także obserwacje podobnych galaktyk, które położone są znacznie bliżej Ziemi i ustalono, że emisja tlenu powinna być wykrywalna nawet na olbrzymich odległościach [2].

Następnie przeprowadzono obserwacje o bardzo dużej czułości za pomocą ALMA [3] i wykryto światło od zjonizowanego tlenu w SXDF-NB1006-2. Jest to najdalsza, nie budząca wątpliwości, detekcja tlenu [4]. Mamy więc pewny dowód na występowanie tlenu we wczesnym Wszechświecie, zaledwie 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Ustalono, iż tlen w SXDF-NB1006-2 występuje w obfitości dziesięciokrotnie mniejszej niż na Słońcu. „Tak mały poziom był spodziewany, ponieważ wtedy Wszechświat ciągle był młody i miał krótką historię gwiazdotwórczą” skomentował Naoki Yoshida z University of Tokyo. „Nasza symulacja faktycznie przewidziała dziesięciokrotnie mniejszy poziom tlenu niż na Słońcu. Ale uzyskaliśmy też inny, niespodziewany rezultat: bardzo małe ilości pyłu.”

Zespół nie był w stanie wykryć jakiejkolwiek emisji od węgla w tej galaktyce, co sugeruje, że ta młoda galaktyka zawiera bardzo mało niezjonizowanego gazu wodorowego oraz że posiada jedynie niewielkie ilości pyłu, który jest zbudowany z ciężkich pierwiastków. „W tej galaktyce może dziać się coś nietypowego” powiedział Inoue. „Podejrzewam, że prawie cały gaz jest mocno zjonizowany.”

Wykrycie zjonizowanego tlenu wskazuje, że w tej galaktyce powstało wiele bardzo jasnych gwiazd, kilkadziesiąt razy masywniejszych niż Słońce, emitujących intensywne promieniowanie ultrafioletowe potrzebne do zjonizowana atomów tlenu.

Brak pyłu w galaktyce pozwala silnemu światłu ultrafioletowemu na ucieczkę i jonizację olbrzymich ilości gazu poza galaktyką. „SXDF-NB1006-2 może być prototypem źródła światła odpowiedzialnego za kosmiczną rejonizację” powiedział Inoue.

„Jest to ważny krok w kierunku zrozumienia jaki rodzaj obiektów spowodował kosmiczną rejonizację” wyjaśnił Yoichi Tamura z University of Tokyo. „Nasze następne obserwacje za pomocą ALMA już się rozpoczęły. Większa rozdzielczość obserwacji pozwoli zobaczyć rozmieszczenie i ruchy zjonizowanego tlenu w tej galaktyce i dostarczy istotnych informacji, które pomogą zrozumieć własności obiektu.”

Uwagi

[1] W terminologii astronomicznej, pierwiastki chemiczne cięższe niż lit są określane „pierwiastkami ciężkimi”.

[2] Japoński satelita podczerwony AKARI odkrył, iż w Wielkim Obłoku Magellana występuje bardzo jasna emisja tlenu. Panuje tam otoczenie podobne do wczesnego Wszechświata.

[3] Pierwotna długość fali światła od podwójnie zjonizowanego tlenu to 0,088 milimetra. Długość światła od SXDF-NB1006-2 została rozciągnięta do 0,725 milimetra na skutek rozszerzania się Wszechświata, co spowodowało że ALMA mogła je zaobserwować.

[4] Wcześniejsza publikacja Finkelstein et al. sugeruje obecność tlenu w nieco wcześniejszych czasach, ale brak bezpośredniej detekcji linii emisyjnej, w przeciwieństwie do obecnie opisywanej, nowej pracy.

Więcej informacji

Wyniki badań opisano w artykule pt.: „Detection of an oxygen emission line from a high redshift galaxy in the reionization epoch”, Inoue et al., opublikowanym w czasopiśmie Science.

Skład zespołu badawczego: Akio Inoue (Osaka Sangyo University, Japonia), Yoichi Tamura (The University of Tokyo, Japonia), Hiroshi Matsuo (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Japonia), Ken Mawatari (Osaka Sangyo University, Japonia), Ikkoh Shimizu (Osaka University, Japonia), Takatoshi Shibuya (University of Tokyo, Japonia), Kazuaki Ota (University of Cambridge, Wielka Brytania), Naoki Yoshida (University of Tokyo, Japonia), Erik Zackrisson (Uppsala University, Szwecja), Nobunari Kashikawa (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Japonia), Kotaro Kohno (University of Tokyo, Japonia), Hideki Umehata (ESO, Garching, Niemcy; University of Tokyo, Japonia), Bunyo Hatsukade (NAOJ, Japonia), Masanori Iye (NAOJ, Japonia), Yuichi Matsuda (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Japonia), Takashi Okamoto (Hokkaido University, Japonia) oraz Yuki Yamaguchi (University of Tokyo, Japonia).

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) to międzynarodowy projekt badawczy realizowany we współpracy pomiędzy ESO, U.S. National Science Foundation (NSF) oraz National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan, przy udziale Chile. ALMA jest finansowana przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich organizacji, przez NSF we współpracy z National Research Council of Canada (NRC) i National Science Council of Taiwan (NSC) oraz przez NINS we współpracy z Academia Sinica (AS) na Tajwanie i Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

Budowa i użytkowanie ALMA są kierowane przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich organizacji, National Radio Astronomy Observatory (NRAO), zarządzane przez Associated Universities, Inc. (AUI), w imieniu Ameryki Północnej i przez National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) w imieniu Azji Wschodniej. Joint ALMA Observatory (JAO) umożliwia połączone kierowanie i zarządzanie budową, testowaniem i użytkowaniem ALMA.

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Wspiera je 16 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop E-ELT (European Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia ALMA

Kontakt

Akio Inoue
Osaka Sangyo University
Osaka, Japan
E-mail: akinoue@las.osaka-sandai.ac.jp

Masaaki Hiramatsu
NAOJ Chile Observatory EPO officer
Tel.: +81 422 34 3630
E-mail: hiramatsu.masaaki@nao.ac.jp

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

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych