Komunikat prasowy

Astronomowie dokonali najdalszej detekcji fluoru w galaktyce gwiazdotwórczej

4 listopada 2021

Nowe odkrycie rzuca światło na to, w jaki sposób we Wszechświecie powstaje fluor – pierwiastek wchodzący w skład naszych kości i zębów w formie fluorku. Dzięki Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), w której Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) jest partnerem, zespół astronomów wykrył ten pierwiastek w galaktyce znajdującej się tak daleko, że jej światło potrzebuje ponad 12 miliardów lat na dotarcie do nas. Po raz pierwszy fluor został dostrzeżony w tak odległej galaktyce gwiazdotwórczej.

„Wszyscy wiemy o fluorze, ponieważ w formie fluorku zawiera go pasta do zębów używana codziennie” mówi Maximilien Franco z University of Hertfordshire w Wielkiej Brytanii, który kierował nowymi badaniami, opublikowanymi dzisiaj w Nature Astronomy. Podobnie jak większość pierwiastków wokół nas, fluor jest tworzony wewnątrz gwiazd, ale dotąd nie wiedzieliśmy dokładnie, jak przebiega jego produkcja. „Nie wiedzieliśmy nawet, który typ gwiazd produkuje większość fluoru we Wszechświecie!”

Franco i jego współpracownicy dostrzegli fluor (w formie fluorku wodoru) w wielkim obłoku gazu w odległej galaktyce NGP–190387, którą widzimy w stanie, gdy Wszechświat miał zaledwie 1,4 miliarda lat, czyli około 10% swojego obecnego wieku. Ponieważ gwiazdy wyrzucają tworzone w swoich jądrach pierwiastki, gdy osiągają koniec życia, detekcja ta wskazuje, że gwiazdy, które utworzyły fluor, musiały żyć i umrzeć szybko.

Badacze sądzą, że najbardziej prawdopodobnie za miejsca produkcji fluoru odpowiadają gwiazdy Wolfa–Rayeta, bardzo masywne gwiazdy żyjące tylko kilka milionów lat, co jest mgnieniem oka w historii Wszechświata. Gwiazdy te są potrzebne do wytłumaczenia ilości fluorku wodoru, którą wykrył zespól badawczy. Gwiazdy Wolfa-Rayeta sugerowano jako możliwe źródło kosmicznego fluoru już wcześniej, ale dotąd astronomowie nie wiedzieli, jak ważne były w produkcji tego pierwiastka we wczesnym Wszechświecie.

„Pokazaliśmy, że gwiazdy Wolfa-Rayeta, należące do najmasywniejszych znanych gwiazd i mogące gwałtownie wybuchać, gdy osiągną koniec swojego życia, pomagają nam w ten sposób w utrzymaniu higieny dentystycznej!” żartuje Franco.

Oprócz wspomnianych gwiazd, wcześniej proponowano też inne scenariusze produkcji fluoru i jego wyrzucania. Przykładem są pulsacje olbrzymów, wyewoluowanych gwiazd o masach do kilku razy większych niż nasze Słońce, zwanych gwiazdami asymptotycznej gałęzy olbrzymów. Ale zespół badawczy uważa, że te scenariusze, z których niektóre potrzebują miliardów lat, nie wyjaśniają w pełni ilości fluoru w NGP–190387.

„W przypadku tej galaktyki, wystarczyło zaledwie kilkadziesiąt lub kilkaset milionów lat, aby uzyskać poziomy fluoru porównywalne do wartości znajdowanych w gwiazdach w Drodze Mlecznej, która ma 13,5 miliarda lat. Był to kompletnie nieoczekiwany rezultat” mówi Chiaki Kobayashi, profesor University of Hertfordshire. „Nasz pomiar wprowadza zupełnie nowe ograniczenie na pochodzenie fluoru, które było badane przez dwie dekady.”

Odkrycie w NGP–190387 to jedna z pierwszych detekcji fluoru poza Drogą Mleczną i jej sąsiednimi galaktykami. Astronomowie wykryli wcześniej ten pierwiastek w odległych kwazarach, jasnych obiektach zasilanych przez supermasywne czarne dziury w centrach niektórych galaktyk. Ale nigdy wcześniej nie obserwowano fluoru w galaktyce gwiazdotwórczej tak wcześnie w historii Wszechświata.

Wykrycie fluoru przez zespół badawczy było w pewnym sensie dziełem przypadku. Stało się możliwe dzięki użyciu obserwatoriów kosmicznych i naziemnych. Galaktyka NGP–190387, odkryta pierwotnie przez Kosmiczne Obserwatorium Herschela (które należało do Europejskiej Agencji Kosmicznej), a później obserwowana przez pracującą w Chile sieć ALMA, jest nadzwyczajnie jasna jak na swoją odległość. Dane z ALMA potwierdziły, że wyjątkowa jasność NGP–190387 została częściowo spowodowana przez inną znaną masywną galaktykę, polożoną pomiędzy NGP–190387, a Ziemią, bardzo blisko linii widzenia. Ta masywna galaktyka wzmocniła światło obserwowane przez Franco i jego współpracowników, pozwalając na dostrzeżenie słabego promieniowania emitowanego miliardy lat temu przez fluor w NGP–190387.

Przyszłe badania NGP–190387 przy pomocy Ekstremalnie Wielkiego Teleskopu (ELT) — flagowego projektu ESO, obecnie w trakcie budowy w Chile, mającego zacząć działać w tej dekadzie – mogą ujawnić dalsze sekrety tej galaktyki. „ALMA jest czuła na promieniowanie emitowane przez zimny międzygwiazdowe gaz i pył” mówi Chentao Yang, stażysta ESO w Chile. „Dzięki ELT będziemy w stanie obserwować NGP–190387 poprzez bezpośrednie światło gwiazd, gromadząc kluczowe informacje na temat gwiezdnego komponentu tej galaktyki.” 

Więcej informacji

Wyniki badań przedstawiono w artykule pt. „The ramp-up of interstellar medium enrichment at z > 4”, który ukaże się w Nature Astronomy (https://doi.org/10.1038/s41550-021-01515-9).

Skład zespołu badawczego: M. Franco (Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire, Wielka Brytania [CAR]), K. E. K. Coppin (CAR), J. E. Geach (CAR), C. Kobayashi (CAR), S. C. Chapman (Department of Physics and Atmospheric Science, Dalhousie University, Kanada oraz National Research Council, Herzberg Astronomy and Astrophysics, Kanada), C. Yang (European Southern Observatory, Chile), E. González-Alfonso (Universidad de Alcalá, Departamento de Física y Matematicas, Hiszpania), J. S. Spilker (Department of Astronomy, University of Texas at Austin, USA), A. Cooray (Department of Physics and Astronomy, University of California, Irvine, USA), M. J. Michałowski (Astronomical Observatory Institute, Faculty of Physics, Poland).

Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) umożliwia naukowcom na odkrywanie tajemnic Wszechświata z korzyścią dla nas wszystkich. Projektujemy, budujemy i zarządzamy światowej klasy obserwatoriami naziemnymi – których astronomowie używają do odpowiadania na ciekawe pytania i szerzenia fascynacji astronomią – a także promujemy międzynarodową współpracę w astronomii. Ustanowione w 1962 roku jako organizacja międzynarodowa, ESO jest wspierane przez 16 krajów członkowskich (Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy), a także Chile jako kraj gospodarz, oraz Australię jako strategicznego partnera. Siedziba ESO, a także jego centrum popularyzacji nauki i planetarium (ESO Supernova) znajdują się w pobliżu Monachium w Niemczech, natomiast chilijska pustynia Atakama – niesamowite miejsce z wyjątkowymi warunkami do obserwacji nieba – jest domem dla naszych teleskopów. ESO zarządza trzema lokalizacjami obserwacyjnymi w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope – Bardzo Duży Teleskop) oraz dwa teleskopy do przeglądów nieba. VISTA pracuje w podczerwieni, VLT Survey Telescope w zakresie widzialnym. W Paranal ESO zarządza także południowym obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array South) – największym na świecie i najbardziej czułym obserwatorium promieniowania gamma. Wspólnie z międzynarodowymi partnerami ESO zarządza także radioteleskopami APEX i ALMA, które są instrumentami do obserwacji nieba w zakresach milimetrowym i submilimetrowym. Na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, budujemy „największe oko świata na niebo”, czyli Ekstremalnie Wielki Teleskop (Extremely Large Telescope, ELT). Nasza działalność w Chile jest zarządzania z biur ESO w Santiago, gdzie współpracujemy też z chilijskimi partnerami.

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) jest międzynarodowym kompleksem badawczym w ramach partnerstwa pomiędzy ESO, U.S. National Science Foundation (NSF) oraz National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan, we współpracy z Chile. ALMA jest finansowana przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich, 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 zarządzanie ALMA są kierowane przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich, przez National Radio Astronomy Observatory (NRAO), zarządzane przez Associated Universities, Inc. (AUI), w imieniu Ameryki Północnej oraz przez National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) w imieniu Azji Wschodniej. Joint ALMA Observatory (JAO) umożliwia zunifikowane kierowanie i zarządzanie budową, testowaniem i działaniem ALMA.

University of Hertfordshire przenosi transformacyjny wpływ edukacji wyższej na wszystkich. Jego studenci, pracownicy i działalność konsekwentnie osiągają swój pełny potencjał. Dzięki wysokiej jakości kształcenia, 550 doktoratom, najnowocześniejszym projektom badawczym i silnym partnerstwom biznesowym, myślą szerzej, wyróżniają się i pozytywnie wpływają na społeczności lokalne, krajowe i międzynarodowe.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia ALMA
• Filmy o ALMA
• Dowiedz się więcej o Ekstremalnie Wielkim Teleskopie (ELT)
• Dla dziennikarzy: zasubskrybuj aby otrzymywać w swoim języku nasze komunikaty z embargo medialnym
• Dla naukowców: masz ciekawy temat? Zgłoś swoje badania

Kontakt

Maximilien Franco
Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire
Hatfield, Hertfordshire, United Kingdom
Tel.: +33-649956665
E-mail: m.franco@herts.ac.uk

Chiaki Kobayashi
Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire
Hatfield, Hertfordshire, United Kingdom
Tel.: +44-7757116615
E-mail: c.kobayashi@herts.ac.uk

Chentao Yang
European Southern Observatory
Santiago, Chile
Tel.: +56 2 2463 3053
E-mail: cyang@eso.org

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6670
Tel. kom.: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Press Office
University of Hertfordshire
Hatfield, UK
Tel.: +441707 285770
E-mail: news@herts.ac.uk

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