Komunikat prasowy

ALMA zbadała Ultragłębokie Pole Hubble’a

Najgłębsze w historii obserwacje milimetrowe wczesnego Wszechświata

22 września 2016

Międzynarodowy zespół astronomów użył sieci radioteleskopów Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) do zbadania odległego zakątka Wszechświata, po raz pierwszy ukazanego na słynnych zdjęcia Ultragłębokiego Pola Hubble’a (Hubble Ultra Deep Field – HUDF). Nowe obserwacja ALMA są znacząco głębsze i ostrzejsze niż poprzednie przeglądy na falach milimetrowych. Wyraźnie pokazują, że tempo powstawania gwiazd w młodych galaktykach jest ściśle związane z całkowitą masą ich gwiazd. Pozwalają także prześledzić występowanie gazu gwiazdotwórczego w różnych punktach w czasie (czego wcześniejsze badania nie pokazywały), dając nowe spojrzenie na „Złoty Wiek” powstawania galaktyk około 10 miliardów lat temu.

Nowe wyniki ALMA zostaną opublikowane w serii artykułów, które ukażą się w „Astrophysical Journal” oraz „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”. Wyniki znajdują się także wśród wybranych do prezentacji w tym tygodniu podczas konferencji Half a Decade of ALMA w Palm Springs, Kalifornia, USA.

W roku 2004 opublikowano zdjęcia Ultragłębokiego Pola Hubble’a (Hubble Ultra Deep Field) — które zapoczątkowały obserwacje głębokiego pola przy pomocy należącego do NASA/ESA Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Te spektakularne obrazy sięgnęły dalej niż jakiekolwiek wcześniejsze badania i ukazały menażerię galaktyk rozciągniętą w czasie aż do nieco poniżej miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Obszar na niebie był obserwowany kilkakrotnie przez Teleskop Hubble’a i wiele innych teleskopów, dając najgłębszy widok na Wszechświat.

Astronomowie korzystający z ALMA przebadali to pozornie nieznaczące, ale intensywnie badane, okno na odległy Wszechświat. Dokonali tego po raz pierwszy głęboko i z dobrą rozdzielczością w zakresie fal milimetrowych [1]. Pozwoliło to po raz pierwszy zobaczyć słabą poświatę od obłoków gazu oraz emisję od ciepłego gazu w galaktykach we wczesnym Wszechświecie.

ALMA obserwowała do tej pory pole HUDF łącznie przez około 50 godzin. Jest to największa ilość czasu obserwacyjnego, jaki ALMA spędziła na jednym obszarze nieba.

Jedna z grupa naukowych, którą kierował Jim Dunlop (University of Edinburgh, Wielka Brytania) wykorzystała ALMA do uzyskania głębokiego, jednorodnego obrazu obszaru o wielkości pola HUDF. Dane pozwoliły badaczom powiązać wykryte galaktyki z obiektami widocznymi na zdjęcia z Teleskopu Hubble’a i innych teleskopów.

Pokazało to po raz pierwszy, że masa gwiazd w galaktyce jest najlepszym wskaźnikiem tempa procesów gwiazdotwórczych dla Wszechświata dużych przesunięć ku czerwieni. Wykryto właściwie same bardzo masywne galaktyki [2] i praktycznie nic innego.

Jim Dunlop, główny autor publikacji opisujące uzyskane obrazy, wskazuje na znaczenie tych wyników: „Jest to przełomowy rezultat. Po raz pierwszy dla głębokich zdjęć z Teleskopu Hubble’a, we właściwy sposób połączyliśmy obrazy w świetle widzialnym i ultrafioletowym z obrazami w dalekiej podczerwieni/na falach milimetrowych z ALMA.”

Drugi zespół badawczy, którym kierowali Manuel Aravena z Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile oraz Fabian Walter z Max Planck Institute for Astronomy w Heidelbergu, Niemcy, przeprowadził jeszcze głębsze poszukiwania na około jednej szóstej powierzchni całego pola HUDF [3].

„Przeprowadziliśmy pierwsze w pełni losowe, trójwymiarowe poszukiwania chłodnego gazu we wczesnych Wszechświecie” powiedział Chris Carilli, astronom z National Radio Astronomy Observatory (NRAO) w Socorro, New Mexico, USA, członek zespołu badawczego. „Dzięki nim odkryliśmy populację galaktyk, na której występowanie brak dowodów w innych głębokich przeglądach nieba.” [4]

Część z nowych obserwacji ALMA była nakierowana na wykrycie galaktyk bogatych w tlenek węgla, wskazujący obszary gotowe do procesów gwiazdotwórczych. Mimo, iż te rezerwuary gazu molekularnego napędzają aktywność gwiazdotwórczą galaktyk, często bardzo trudno je dostrzec za pomocą Teleskopu Hubble’a. ALMA może ujawnić brakującą część procesów powstawania i ewolucji galaktyk.

„Nowe wyniki ALMA wskazują na gwałtowny wzrost zawartości gazu w galaktykach gdy patrzymy coraz dalej wstecz w czasie” dodaje pierwszy autor dwóch innych publikacji, Manuel Aravena (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile). „Ten rosnący składnik gazowy jest prawdopodobnie przyczyną znacznego wzrostu tempa procesów gwiazdotwórczych podczas szczytowej epoki formowania się galaktyk, około 10 miliardów lat temu.”

Zaprezentowane dzisiaj wyniki dopiero zaczynają serię przyszłych obserwacji sondujących odległy Wszechświat za pomocą ALMA. Na przykład planowana jest 150-godzinna kampania obserwacyjna pola HUDF, która da jeszcze więcej informacji o historii powstawania gwiazd we Wszechświecie.

„Uzupełniając nasze zrozumienie brakującej materii gwiazdotwórczej, przyszły ALMA Large Program wzbogaci wiedzę o galaktykach w Ultragłębokim Polu Hubble’a” podsumowuje Fabian Walter.

Uwagi

[1] Astronomowie specjalnie wybrali obszar HUDF, rejon kosmosu w słabym gwiazdozbiorze Pieca, aby teleskopy naziemne na południowej półkuli, takie jak ALMA, również mogły go badać, poszerzając naszą wiedzę o bardzo odległym Wszechświecie.

Zbadanie głębokiego, ale optycznie niewidocznego fragmentu Wszechświata, było jednym z głównych celów naukowych dla ALMA.

[2] W tym kontekście „duża masa” oznacza galaktyki o masach gwiazdowych większych niż 20 miliardów mas Słońca (2 x 10¹⁰ mas Słońca). Dla porównania, Droga Mleczna jest dużą galaktyką i ma masę około 100 miliardów mas Słońca.

[3] Ten obszar na niebie jest około siedemset razy mniejszy niż powierzchnia tarczy Księżyca w pełni. Jednym z najbardziej zaskakujących aspektów HUDF była olbrzymia liczba odkrytych galaktyk na tak niewielkim skrawku nieba.

[4] Zdolność ALMA do dostrzegania zupełnie innego fragmentu widma elektromagnetycznego, w porównaniu do Teleskopu Hubble’a, pozwala astronomom na badania różnych klas obiektów astronomicznych, takich jak masywne obłoki gwiazdotwórcze, albo obiekty zbyt słabe do obserwacji w zakresie widzialnym, ale dostrzegalne na falach milimetrowych.

Badania określono jako losowe („na ślepo”), ponieważ nie skupiano się na żadnym konkretnym obiekcie.

Nowe obserwacje ALMA dotyczące HUDF obejmują dwa osobne, ale komplementarne rodzaje danych: (1) obserwacje w widmie ciągłym (continuum), które ujawniają emisję od pyłu i powstawanie gwiazd oraz (2) przegląd emisyjnych linii widmowych, które pozwalają na „zajrzenie” do zimnego gazu molekularnego zasilającego procesy powstawania gwiazd. Drugi z przeglądów jest szczególnie cenny, ponieważ zawiera informacje o stopniu przesunięcia ku czerwieni światła od odległych obiektów, co jest efektem rozszerzania się Wszechświata. Większe przesunięcie ku czerwieni oznacza, że obiekt znajduje się dalej i widzimy go bardziej wstecz w czasie. Pozwala to astronomom na tworzenie trójwymiarowych map gazu gwiazdotwórczego w trakcie jego ewolucji w kosmicznej skali czasu.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykułach:

1. “A deep ALMA image of the Hubble Ultra Deep Field”, by J. Dunlop et al., który ukaże się w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

2. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Search for the [CII] Line and Dust Emission in 6 < z < 8 Galaxies”, M. Aravena et al., który ukaże się w Astrophysical Journal.

3. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Molecular Gas Reservoirs in High-Redshift Galaxies”, R. Decarli et al., który ukaże się w Astrophysical Journal.

4. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: CO Luminosity Functions and the Evolution of the Cosmic Density of Molecular Gas”, R. Decarli et al., który ukaże się w Astrophysical Journal.

5. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Continuum Number Counts, Resolved 1.2-mm Extragalactic Background, and Properties of the Faintest Dusty Star Forming Galaxies”, M. Aravena et al., który ukaże się w Astrophysical Journal.

6. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Survey Description”, F. Walter et al., który ukaże się w Astrophysical Journal.

7. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: the Infrared excess of UV-selected z= 2-10 Galaxies as a Function of UV-continuum Slope and Stellar Mass”, R. Bouwens et al., który ukaże się w Astrophysical Journal.

8. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Implication for spectral line intensity mapping at millimeter wavelengths and CMB spectral distortions”, C. L. Carilli et al., który ukaże się w Astrophysical Journal.

Skład zespołów badawczych:

M. Aravena (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), R. Decarli (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Niemcy), F. Walter (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Niemcy; Astronomy Department, California Institute of Technology, USA; NRAO), Pete V. Domenici (Array Science Center, USA), R. Bouwens (Leiden Observatory, Leiden, Holandia; UCO/Lick Observatory, Santa Cruz, USA), P.A. Oesch (Astronomy Department, Yale University, New Haven, USA), C.L. Carilli (Leiden Observatory, Leiden, Holandia; Astrophysics Group, Cavendish Laboratory, Cambridge, Wielka Brytania), F.E. Bauer (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Millennium Institute of Astrophysics, Chile; Space Science Institute, Boulder, USA), E. Da Cunha (Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University, Canberra, Australia; Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Australia), E. Daddi (Laboratoire AIM, CEA/DSM-CNRS-Université Paris Diderot, Orme des Merisiers, Francja), J. Gónzalez-López (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), R.J. Ivison (European Southern Observatory, Garching bei München, Niemcy; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Wielka Brytania), D.A. Riechers (Cornell University, 220 Space Sciences Building, Ithaca, USA), I. Smail (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, Wielka Brytania), A.M. Swinbank (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, Wielka Brytania), A. Weiss (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Niemcy), T. Anguita (Departamento de Ciencias Físicas, Universidad Andrés Bello, Santiago, Chile; Millennium Institute of Astrophysics, Chile), R. Bacon (Université Lyon 1, Saint Genis Laval, Francja), E. Bell (Department of Astronomy, University of Michigan, USA), F. Bertoldi (Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Bonn, Niemcy), P. Cortes (Joint ALMA Observatory - ESO, Santiago, Chile; NRAO, Pete V. Domenici Array Science Center, USA), P. Cox (Joint ALMA Observatory - ESO, Santiago, Chile), J. Hodge (Leiden Observatory, Leiden, Holandia), E. Ibar (Instituto de Física y Astronomía, Universidad de Valparaíso, Valparaiso, Chile), H. Inami (Université Lyon 1, Saint Genis Laval, Francja), L. Infante (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), A. Karim (Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Bonn, Niemcy), B. Magnelli (Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Bonn, Niemcy), K. Ota (Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Cambridge, Wielka Brytania; Cavendish Laboratory, University of Cambridge, Wielka Brytania), G. Popping (European Southern Observatory, Garching bei München, Niemcy), P. van der Werf (Leiden Observatory, Leiden, Holandia), J. Wagg (SKA Organization, Cheshire, Wielka Brytania), Y. Fudamoto (European Southern Observatory, Garching bei München, Niemcy; Universität-Sternwarte München, München, Niemcy), D. Elbaz (Laboratoire AIM, CEA/DSM-CNRS-Universite Paris Diderot, Francja), S. Chapman (Dalhousie University, Halifax, Nova Scotia, Kanada), L.Colina (ASTRO-UAM, UAM, Unidad Asociada CSIC, Spain), H.W. Rix (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Niemcy), Mark Sargent (Astronomy Centre, University of Sussex, Brighton, Wielka Brytania), Arjen van der Wel (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Niemcy)

K. Sheth (NASA Headquarters, Washington DC, USA), Roberto Neri (IRAM, Saint-Martin d’Hères, Francja), O. Le Fèvre (Aix Marseille Université, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Marseille, Francja), M. Dickinson (Steward Observatory, University of Arizona, USA), R. Assef (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), I. Labbé (Leiden Observatory, Leiden University, Netherlands), S. Wilkins (Astronomy Centre, University of Sussex, Brighton, Wielka Brytania), J.S. Dunlop (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Wielka Brytania), R.J. McLure (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Wielka Brytania), A.D. Biggs (ESO, Garching, Niemcy), J.E. Geach (University of Hertfordshire, Hatfield, Wielka Brytania), M.J. Michałowski (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Wielka Brytania), W. Rujopakarn (Chulalongkorn University, Bangkok, Thailand), E. van Kampen (ESO, Garching, Niemcy), A. Kirkpatrick (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), A. Pope (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), D. Scott (University of British Columbia, Vancouver, British Columbia, Kanada), T.A. Targett (Sonoma State University, Rohnert Park, California, USA), I. Aretxaga (Instituto Nacional de Astrofísica, Optica y Electronica, Mexico), J.E. Austermann (NIST Quantum Devices Group, Boulder, Colorado, USA), P.N. Best (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Wielka Brytania), V.A. Bruce (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Wielka Brytania), E.L. Chapin (Herzberg Astronomy and Astrophysics, National Research Council Kanada, Victoria, Kanada), S. Charlot (Sorbonne Universités, UPMC-CNRS, UMR7095, Institut d’Astrophysique de Paris, Paris, Francja), M. Cirasuolo (ESO, Garching, Niemcy), K.E.K. Coppin (University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, Wielka Brytania), R.S. Ellis (ESO, Garching, Niemcy), S.L. Finkelstein (The University of Texas at Austin, Austin, Texas, USA), C.C. Hayward (California Institute of Technology, Pasadena, California, USA), D.H. Hughes (Instituto Nacional de Astrofísica, Optica y Electronica, Mexico), S. Khochfar (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Wielka Brytania), M.P. Koprowski (University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, Wielka Brytania), D. Narayanan (Haverford College, Haverford, Pennsylvania, USA), C. Papovich (Texas A & M University, College Station, Texas, USA), J.A. Peacock (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Wielka Brytania), B. Robertson (University of California, Santa Cruz, Santa Cruz, California, USA), T. Vernstrom (Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics, University of Toronto, Toronto, Ontario, Kanada), G.W. Wilson (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA) oraz M. Yun (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA).

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 nr 1
• Publikacja naukowa nr 2
• Publikacja naukowa nr 3
• Publikacja naukowa nr 4
• Publikacja naukowa nr 5
• Publikacja naukowa nr 6
• Publikacja naukowa nr 7
• Publikacja naukowa nr 8
• Zdjęcia ALMA

Kontakt

James Dunlop
University of Edinburgh
Edinburgh, United Kingdom
E-mail: jsd@roe.ac.uk

Fabian Walter
Max-Planck Institut für Astronomie
Heidelberg, Germany
E-mail: walter@mpia.de

Manuel Aravena
Núcleo de Astronomía, Facultad de Ingeniería, Universidad Diego Portales
Santiago, Chile
E-mail: manuel.aravenaa@mail.udp.cl

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