Persbericht

ALMA ontraadselt reusachtige kosmische gaswolk

21 september 2016

Een internationaal onderzoeksteam heeft, met behulp van ALMA, de Very Large Telescope van ESO en andere telescopen, de ware aard ontdekt van een bijzonder object in het verre heelal dat een Lyman-alpha blob wordt genoemd. Tot nu toe begrepen astronomen niet waardoor reusachtige gaswolken als deze zo helder zijn, maar ALMA heeft nu twee sterrenstelsels in het hart van een van deze objecten ontdekt die in zo’n hoog tempo nieuwe sterren produceren dat ze hun omgeving laten stralen. De twee grote sterrenstelsels zijn op hun beurt omgeven door een zwerm van kleinere stelsels waarmee zij een cluster-in-wording vormen. Het tweetal zal uiteindelijk evolueren tot één groot elliptisch sterrenstelsel.

Lyman-alpha blobs of LABs zijn kolossale wolken van waterstofgas op grote kosmische afstanden die  zich over honderdduizenden lichtjaren kunnen uitstrekken. Hun naam verwijst naar de karakteristieke ultraviolette straling die zij uitzenden: zogeheten Lyman-alfastraling [1]. Van meet af aan was het ontstaan van deze objecten een astronomisch raadsel. Nieuwe waarnemingen met ALMA hebben dat raadsel nu opgelost.

Het grootste en best bestudeerde object van dit type wordt simpelweg LAB-1 genoemd. Het bevindt zich in het hart van een enorme jonge cluster van sterrenstelsels en werd pas in het jaar 2000 ontdekt. LAB-1 is zo ver weg dat zijn licht er 11,5 miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken.

Een team astronomen onder leiding van Jim Geach van het Centre for Astrophysics Research of the University of Hertfordshire (VK) heeft LAB-1 nu bekeken met de Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), een instrument dat bij uitstek geschikt is om het licht van koele stofwolken in verre sterrenstelsels waar te nemen. Daarmee is het gelukt om LAB-1 op te lossen in een aantal afzonderlijke bronnen van submillimeterstraling [2].

Vervolgens hebben de astronomen de ALMA-beelden gecombineerd met waarnemingen van het Multi Unit Spectroscopic Explorer-instrument (MUSE) dat aan ESO’s Very Large Telescope (VLT) is gekoppeld, om de Lyman-alfastraling in kaart te brengen. Op die manier kon worden aangetoond dat de ALMA-bronnen zich in het centrum van de Lyman-alpha blob bevinden en nieuwe sterren produceren in een tempo dat 100 keer zo groot is als dat van onze Melkweg.

Opnamen van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA en spectroscopische waarnemingen door het W.M. Keck Observatory [3] hebben verder laten zien dat de ALMA-bronnen zijn omringd door talrijke zwakke begeleidende sterrenstelsels die het centrale duo mogelijk aan een bombardement onderwerpen, en op die manier de vorming van nieuwe sterren bevorderen.

Vervolgens heeft het team met behulp van een geavanceerde simulatie van de vorming van sterrenstelsels aangetoond dat de Lyman-alfastraling van de reusachtige gaswolk kan worden toegeschreven aan ultraviolet licht, afkomstig van jonge sterren, dat door het omringende waterstofgas wordt verstrooid. Dat zou leiden tot de ‘blob’ zoals we die waarnemen.

Jim Geach, eerste auteur van het artikel, legt uit: ‘Vergelijk het maar met een straatlantaarn op een mistige avond – je ziet dan een diffuse gloed, doordat het licht door kleine waterdruppeltjes wordt verstrooid. Hier gebeurt iets vergelijkbaars, al is de ‘straatlantaarn’ in dit geval een sterrenstelsel dat in hoog tempo nieuwe sterren produceert en bestaat de ‘mist’ uit intergalactisch gas. De sterrenstelsels verlichten hun omgeving.’

Begrijpen hoe sterrenstelsels ontstaan en evolueren is een enorme uitdaging. Astronomen denken dat LABs belangrijk zijn omdat dit de plekken lijken te zijn waar de grootste sterrenstelsels in het heelal worden geboren. De uitgebreide Lyman-alfagloed verschaft informatie over wat er gebeurt in het oergas rond jonge sterrenstelsels – een omgeving die zich moeilijk laat onderzoeken.

Jim Geach concludeert: ‘Wat zo spannend is aan deze gaswolken is dat ze ons een kijkje geven in wat zich rond deze jonge sterrenstelsels-in-wording afspeelt. De oorsprong van het uitgebreide Lyman-alfalicht is lange tijd controversieel geweest. Maar met deze combinatie van nieuwe waarnemingen en geavanceerde simulaties hebben we naar mijn idee een 15 jaar oud raadsel opgelost: Lyman-alpha Blob-1 is de plek waar een groot elliptisch sterrenstelsel aan het ontstaan is, dat ooit het hart van een reusachtige cluster zal vormen. We zien een 11,5 miljard jaar oude momentopname van de vorming van dat sterrenstelsel.’

Noten

[1] De negatief geladen elektronen die om de positief geladen kern van een atoom bewegen hebben discrete energieniveaus. Dat wil zeggen dat zij alleen specifieke energietoestanden kunnen innemen en alleen van de ene toestand naar de andere kunnen overgaan door een specifieke hoeveelheid energie op te nemen of af te geven. Lyman-alfastraling ontstaat wanneer elektronen van waterstofatomen van het op één na laagste naar het laagste energieniveau terugvallen. De daarbij vrijkomende energie wordt uitgezonden als licht met een specifieke golflengte in het ultraviolette deel van het spectrum. Bij verre objecten schuift deze straling (ten gevolge van de uitdijing van het heelal) op naar langere golflengten – een verschijnsel dat roodverschuiving wordt genoemd. In het geval van LAB-1, met een roodverschuiving van z~3, wordt dit Lyman-alfalicht waargenomen als zichtbaar licht.

[2] ‘Oplossen’ in het vermogen om objecten los van elkaar te zien. Bij een laag oplossend vermogen lijkt een groepje heldere objecten op grote afstand één lichtgevende vlek te vormen. Pas als je dichterbij komt blijkt het dan om afzonderlijke lichtbronnen te gaan. Met zijn grote oplossende vermogen heeft ALMA een grote ‘blob’ in drie afzonderlijke bronnen weten te scheiden.

[3] Gebruikt zijn de Space Telescope Imaging Spectograph (STIS) van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA en de Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration (MOSFIRE) van de Keck-1-telescoop op Hawaï.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘ALMA observations of Lyman-α Blob 1: Halo sub-structure illuminated from within’ van J. Geach et al., dat in de Astrophysical Journal verschijnt.

Het onderzoeksteam bestaat uit J.E. Geach (Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire, Hatfield, VK), D. Narayanan (Department of Physics and Astronomy, Haverford College, Haverford PA, VS; Department of Astronomy, University of Florida, Gainesville FL, VS), Y. Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokio, Japan; The Graduate University for Advanced Studies, Mitaka, Tokio, Japan), M. Hayes (Stockholm University, Department of Astronomy and Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, Stockholm, Zweden), Ll. Mas-Ribas (Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo, Oslo, Noorwegen), M. Dijkstra (Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo, Oslo, Noorwegen), C.C. Steidel (California Institute of Technology, Pasadena CA, VS), S.C. Chapman (Department of Physics and Atmospheric Science, Dalhousie University, Halifax, Canada), R. Feldmann (Department of Astronomy, University of California, Berkeley CA, VS), A. Avison (UK ALMA Regional Centre Node; Jodrell Bank Centre for Astrophysics, School of Physics and Astronomy, The University of Manchester, Manchester, VK), O. Agertz (Department of Physics, University of Surrey, Guildford, VK), Y. Ao (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokio, Japan), M. Birkinshaw (H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Bristol, VK), M.N. Bremer (H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Bristol, VK), D.L. Clements (Astrophysics Group, Imperial College London, Blackett Laboratory, London, VK), H. Dannerbauer (Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Tenerife, Spanje; Universidad de La Laguna, Astrofísica, La Laguna, Tenerife, Spanje), D. Farrah (Department of Physics, Virginia Tech, Blacksburg VA, VS), C.M. Harrison (Centre for Extragalactic Astronomy, Department of Physics, Durham University, Durham, VK), M. Kubo (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokio, Japan), M.J. Michałowski (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, VK), D. Scott (Department of Physics & Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Canada), M. Spaans (Kapteyn Instituut, Rijksuniversiteit Groningen), J. Simpson (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, VK), A.M. Swinbank (Centre for Extragalactic Astronomy, Department of Physics, Durham University, Durham, VK ), Y. Taniguchi (The Open University of Japan, Chiba, Japan), E. van Kampen (ESO, Garching, Duitsland), P. van der Werf (Sterrewacht Leiden, Universiteit Leiden), A. Verma (Oxford Astrophysics, Department of Physics, University of Oxford, Oxford, VK) en T. Yamada (Astronomical Institute, Tohoku University, Miyagi, Japan).

De Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), een internationale astronomische faciliteit, is een samenwerkingsverband van ESO, de National Science Foundation (NSF) van de VS, de National Institutes of Natural Sciences (NINS) van Japan, met steun van de republiek Chili.  ALMA wordt gefinancierd door ESO, namens haar lidstaten, door NSF, in samenwerking met de National Research Council van Canada (NRC) en de National Science Council van Taiwan (NSC), en door NINS, in samenwerking met de Academia Sinica (AS) in Taiwan en het Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

De bouw en het beheer van ALMA worden geleid door ESO, namens haar lidstaten; door het National Radio Astronomy Observatory (NRAO), dat bestuurd wordt door de Associated Universities, Inc. (AUI), namens Noord-Amerika, en door het National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ), namens Oost-Azië. De overkoepelende leiding en het toezicht op bouw, ingebruikname en beheer van ALMA is in handen van het Joint ALMA Observatory (JAO).

ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen: VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die specifiek is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO is ook de Europese partner van de revolutionaire telescoop ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, dicht bij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Europese Extremely Large optical/near-infrared Telescope (E-ELT), die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• Onderzoeksartikel
• Foto’s van ALMA
• Foto’s van de VLT

Contact

Jim Geach
Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire
Hatfield, UK
E-mail: j.geach@herts.ac.uk

Matthew Hayes
Stockholm University
Stockholm, Sweden
Tel: +46 (0)8 5537 8521
E-mail: matthew@astro.su.se

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

Rodrigo Alvarez (press contact België)
ESO Science Outreach Network en Planetarium, Royal Observatory of Belgium
Tel: +32-2-474 70 50
E-mail: eson-belgië@eso.org

Connect with ESO on social media

Dit is een vertaling van ESO-persbericht eso1632.