Komunikat prasowy

ALMA obserwuje najodleglejszą odpowiedniczkę Drogi Mlecznej

Galaktyka jest zniekształcona – wygląda na niebie jak pierścień

12 sierpnia 2020

Astronomowie korzystający z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), w którym Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) jest partnerem, odkryli niezwykle daleką i tym samym bardzo młodą galaktykę, która wygląda zaskakująco podobnie do Drogi Mlecznej. Galaktyka znajduje się tak daleko, że jej światło potrzebuje ponad 12 miliardów lat, aby dotrzeć do nas: widzimy ją w stadium, gdy Wszechświat miał zaledwie 1,4 miliarda lat. Obiekt jest zaskakująco niechaotyczny, co jest sprzeczne z teoriami, że wszystkie galaktyki we wczesnym Wszechświecie były turbulentne i niestabilne. To nieoczekiwane odkrycie stawia wyzwanie naszemu zrozumieniu tego, w jaki sposób powstają galaktyki i daje nowy wgląd w przeszłość Wszechświata.

„Uzyskany wynik stanowi przełom na polu formowania się galaktyk, pokazując, że struktury, które obserwujemy w pobliskich galaktykach spiralnych i naszej Drodze Mlecznej, występowały już 12 miliardów lat temu” mówi Francesca Rizzo, doktorantka z Max Planck Institute for Astrophysics w Niemczech, która kierowała badaniami opublikowanymi dzisiaj w Nature. O ile galaktyka, którą zbadali astronomowie, oznaczona jako SPT0418-47, nie wykazuje istnienia ramion spiralnych, to posiada co najmniej dwie inne typowe cechy Drogi Mlecznej: rotujący dysk i zgrubienie galaktyczne, wielka grupa gwiazd gęsto upakowanych wokół galaktycznego centrum. Po raz pierwszy dostrzeżono zgrubienie galaktyczne we wczesnej historii Wszechświata, co czyni SPT0418-47 najdalszą galaktyką podobną do Drogi Mlecznej.

„Wielką niespodzianką było odkrycie, że galaktyka ta jest w rzeczywistości całkiem podobna do pobliskich nam galaktyk, w przeciwieństwie do wszelkich oczekiwań na podstawie modeli i wcześniejszych, mniej dokładnych obserwacji” mówi współautor Filippo Fraternali z Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen w Holandii. We wczesnym Wszechświecie młode galaktyki nadal były w trakcie procesów formowania się, więc badacze spodziewali się, że obiekty te będą chaotyczne, z brakiem istotnych struktur typowych dla bardziej dojrzałych galaktyk, takich jak Droga Mleczna.

Badanie odległych galaktyk, takich jak SPT0418-47, jest kluczowe dla naszego zrozumienia tego, w jaki sposób galaktyki powstały i ewoluowały. Omawiana galaktyka jest tak daleko od nas, że widzimy ją w stadium, gdy Wszechświat miał zaledwie 10% swojego obecnego wieku, ponieważ światło od obiektu potrzebuje 12 miliardów lat, aby dotrzeć do Ziemi. Badając tę galaktykę, cofamy się w czasie do okresu, gdy niemowlęce galaktyki dopiero zaczynały swój rozwój.

Z powodu tak olbrzymiej odległości, szczegółowe obserwacje – nawet  przy pomocy najpotężniejszych teleskopów – są prawie niemożliwe, gdyż galaktyki te są zbyt małe i słabe. Zespół naukowców przezwyciężył tę przeszkodę wykorzystując pobliską galaktykę jako silne szkło powiększające – efekt znany jako soczewkowanie grawitacyjne – co pozwoliło ALMA na zobaczenie odległej przeszłości w niespotykanych detalach. Wspomniany efekt występuje, gdy grawitacyjne przyciąganie od bliskiej galaktyki zaburza i zakrzywia światło od odległej galaktyki, powodując, że wydaje się zniekształcona i powiększona.  

Soczewkowana grawitacyjnie odległa galaktyka wydaje się prawie idealnym pierścieniem światła wokół bliższej galaktyki, na skutek ustawienia prawie w tej samej linii. Zespół badawczy zrekonstruował prawdziwy kształt dalekiej galaktyki oraz ruch jej gazu z danych ALMA, przy pomocy nowej techniki modelowania komputerowego. „Gdy pierwszy raz zobaczyłam zrekonstruowany obraz SPT0418-47, nie mogłam w niego uwierzyć: otworzyła się szkatułka ze skarbami” komentuje Rizzo.

„To co odkryliśmy, jest całkiem zagadkowe: pomimo formowania gwiazd w szybkim tempie, a zatem będąc miejscem bardzo energetycznych procesów, SPT0418-47 jest najbardziej uporządkowanym dyskiem galaktycznym kiedykolwiek obserwowanym we Wszechświecie” wskazała współautorka Simona Vegetti, również z Max Planck Institute for Astrophysics. „Ten wynik jest dość niespodziewany i ma ważne implikacje dla naszego myślenia o ewolucji galaktyk.” Astronomowie zauważają jednak, że nawet pomimo iż SPT0418-47 posiada dysk i inne cechy podobne do galaktyk spiralnych, które widzimy dzisiaj, spodziewają się, że wyewoluuje ona w galaktykę bardzo różną od Drogi Mlecznej i dołączy do klasy galaktyk eliptycznych, czyli innego typu galaktyk, które obok galaktyk spiralnych zamieszkują obecnie Wszechświat.

To nieoczekiwane odkrycie sugeruje, że wczesny Wszechświat może nie być tak chaotycznych, jak uważano i rodzi wiele pytań na temat tego, w jaki sposób dobrze uporządkowana galaktyka mogła uformować się tak krótko po Wielkim Wybuchu. Odkrycie z ALMA jest kolejnym po ogłoszonym w maju, które dotyczyło masywnego rotującego dysku widocznego w podobnej odległości. SPT0418-47 jest widoczna w lepszych detalach, dzięki efektowi soczewkowania, a na dodatek posiada oprócz dysku także zgrubienie, co czyni ją jeszcze bardziej podobną do dzisiejszej Drogi Mlecznej, niż wcześniejszy przypadek.

Przyszłe badania, w tym przy pomocy Ekstremalnie Wielkiego Teleskopu (budowanego przez ESO), będą próbowały sprawdzić jak typowe są naprawdę te „niemowlęce” galaktyki dyskowe oraz czy powszechnie są mniej chaotyczne niż przewidywano, co otworzy astronomom nową drogę do odkrycia, jak ewoluują galaktyki.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. “A dynamically cold disk galaxy in the early Universe”, który ukaże się w Nature (doi: 10.1038/s41586-020-2572-6).

Skład zespołu badawczego: F. Rizzo (Max Planck Institute for Astrophysics, Garching, Germany [MPA]), S. Vegetti (MPA), D. Powell (MPA), F. Fraternali (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Holandia), J. P. McKean (Kapteyn Astronomical Institute and ASTRON, Netherlands Institute for Radio Astronomy), H. R. Stacey (MPA, Kapteyn Astronomical Institute and ASTRON, Netherlands Institute for Radio Astronomy) oraz S. D. M. White (MPA).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Ma 16 krajów członkowskich: Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy, dodatkowo Chile jest kraje gospodarzem, a Australia (IA/FCUL) strategicznym partnerem. 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 ELT (Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop), który stanie się „największym okiem świata na niebo”. 

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia ALMA
• Dla naukowców: masz ciekawą historię? Zaprezentuj swoje badania

Kontakt

Francesca Rizzo
Max Planck Institute for Astrophysics
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 30000 2216
E-mail: frizzo@MPA-Garching.MPG.DE

Simona Vegetti
Max Planck Institute for Astrophysics
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 30000 2285
E-mail: svegetti@MPA-Garching.MPG.DE

Filippo Fraternali
Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen
Groningen, the Netherlands
Tel.: +31-(0)50-3634055
E-mail: fraternali@astro.rug.nl

Bárbara Ferreira
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6670
Tel. kom.: +49 151 241 664 00
E-mail: pio@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