Pressemeddelelse

Stjernedannelse i det fjerne Univers - mere detaljeret end nogensinde før

ALMA observerer Einsteinring i usædvanlig detaljerigdom

8. juni 2015

Det er lykkedes at optage et usædvanligt detaljeret billede af en fjern galakse igennem en gravitationslinse. Det er sket under ALMAs første periode med brug af den fulde afstand imellem antennerne. Billedet viser i særlig grad det forstørrede billede af galaksens stjernedannelsesområder - områder som er meget større, men af samme karakter som Oriontågen. Sådan nogle områder er aldrig før set med så mange detaljer i en så fjern galakse. ESAs og NASAs Hubble teleskop kan ikke levere en lignende opløsningsevne.

Der er kommet nogle forbavsende resultater ud af ALMAs kampagne med lang basislinie,  Long Baseline Campaign. Vi har nu langt mere detaljerede oplysninger både om nogle af de fjernere og nogle af de nærmere indbyggere i Universet. I slutningen af 2014 så ALMA på en fjern galakse med navnet HATLAS J090311,6+003906, som også bærer det noget nemmere navn SDP.81. Lyset fra denne galakse bliver udsat for den kosmiske effekt, som kaldes gravitationslinsning. Der sidder en stor galakse imelem SDP,81 og ALMA[1], og den fungerer som en linse, der forvrænger lyset fra den fjernere galakse, og danner et næsten perfekt eksemplen på fænomenet en Einstein Ring [2].

Der er mindst syv grupper af forskere[3], som uafhængigt har analyseret de data, som ALMA har indsamlet om SDP.81. Det har forårsaget en mindre strøm af forskningsartikler med afsløringer af ting om galaksen, som aldrig før: strukturen, indholdet, bevægelserne og andre fysiske detaljer er nu blevet kendt.

ALMA fungerer som et interferometer. Sagt helt enkelt, så fungerer de mange antenner i anlægget i takt, så de indfanger lys som om det var eet enormt virtuelt teleskop[4]. Det betyder, at de nye billeder af SDP.81 har en opløsning, som er op til 6 gange større [5] end de optagelser, som kan foretages med NASA/ESA Hubble rumteleskopet.

I astronomernes avancerede gennemregninger dukker fine, aldrig før sete strukturer op i SDP.81. Det er støvskyer, som man mener er enorme områder med kold molekylær gas - og det er her, der dannes nye stjerner og planeter. Det er beregningsmodeller som de anvendte, som kan fjerne de forvrængninger, som gravitationslinsens ujævne linse danner.

Som følge af det er ALMAs observationer så skarpe, at forskerne kan se klumper af stjernedannelse i galaksen ned til en størrelse på omkring 200 lysår. Det svarer til at kunne se enorme udgaver af Oriontågen, som danner flere tusinde gange flere stjerner end den gør - og det endda i nogle af de fjernere egne af Universet. Det er første gang, forskerne har set disse fænomener på denne enorme afstand.

"Det billede, som vi har rekonstrueret af galaksen ved hjælp af ALMA er bemærkelsesværdigt", siger Rob Ivison, som er medforfatter på to af artiklerne, og som er ESOs Director for Science. "ALMAs enorme flade, den store afstand imellem antennerne og den rolige atmosfære over Atacamaørkenen er altsammen betingelser, som har ført til disse fantastiske detaljerede billeder og spektrer. Det betyder, at vi får meget præcise observationer, og tillige oplysninger om, hvordan de enkelte dele af galaksen bevæger sig. Vi kan studere galakser i den anden ende af Universet mens de er i gang med at smelte sammen og danne  enorme antal af stjerner. Det er sådan noget, som får mig til at stå op om morgenen!"

Astronomerne har målt hvordan den fjerne galakse roterer, og de har målt dens samlede masse, alt sammen ved hjælp af spectralmålinger med ALMA. Gassen i galaksen er ustabil, og klumper af gas er i gang med at falde sammen. Det bliver sandsynligvis til nye enorme stjernedannelsesområder i fremtiden.

De samme beregningsmodeller til korrektion af linseeffekten viser også, at der findes et supermassivt sort hul i centeret af forgrundsgalaksen, som danner linsen[6]. SDP.81's centralområder lyser for svagt til at kunne ses, og det betyder, at forgrundsgalaksen indeholder et sort hul som vejer 2-300 millioner gange mere end Solen.

De mange artikler, som er baseret på dette enkelte sæt data fra ALMA viser, at der er en berettiget forventning med hensyn til, hvad anlægget kan klare af opløsningsevne og lysstyrke. Det viser også, at ALMA vil hjælpe astronomerne til at gøre mange flere opdagelser i de kommende år, også omkring studierne af de fjerne galakser.

Noter

[1] Vi ser den linsede, fjerne galakse som den så ud da Universet blot var 15% af dets nuværende alder, kun 2,4 milliarder år efter Big Bang. Det har taget lyset mere end dobbelt så længe, som Jorden er gammel om at nå frem til os (11,4 milliarder år), og undevejs har lyset altså taget en omvej omkring den tunge forgrundsgalakse, som ligger forholdsvis tæt på os, "kun" 4 milliarder lysår borte.

[2] Det var Albert Einstein, som forudså gravitationslinser som en følge af hans generelle relativitetsteori. Teorien siger, at genstande afbøjer rum og tid. Når lys passere dette område med krummet rum-tid, bliver det selv afbøjet. Det betyder, at særligt tunge objekter som store galakser eller galaksehobe kommer til at fungere som enorme kosmiske forstørrelsesglas. En einsteinring er en særlig form for gravitationslinse, hvor Jorden, forgrundsgalaksen, som udgør linen og baggrundsgalaksen ligger på en perfekt linine. Dermed bliver forvrængningen af lyset symmetrisk, så lyset fra den fjerne galakser ser ud som en lysring. Fænomenet er forklaret i Video A.

[3] Der er en liste over forskerholdene herunder.

[4] Når ALMAs antenner står længst muligt fra hinanden, er den største afstand omkring 15 kilometer. Det giver den største opløsning. Til sammenligning har tidligere observationer af gravitationslinser, også foretaget med ALMA, haft en indbyrdes afstand på omkring 500 meter. Den konfiguration kan ses her.

[5] I dette datasæt måles der detaljer på himlen ned til 0,023 buesekunder, eller 23 millibuesekunder. Hubble-teleskopet har observeret den samme galakse i nær-infrarødt lys med en opløsning på omkring 0,16 buesekunder.  Det er dog sådan, at i kortere bølgelængder kan Hubble-teleskopet opnå større opløsningsevner. Grænsen for Hubble, i det nær-ultravioletter ligger ved 0,022 bueskunder, og det er et bølgelængdeområde, hvor ALMA slet ikke kan anvendes. ALMAs opløsning kan reguleres afhængigt af, hvilken type observationer, der skal foretages. Det sker ved at flytte antennerne længere væk eller tættere på hinanden. I dette tilfælde blev den største afstand anvendt, og det giver også den størst mulige opløsning.

[6] Med disse højopløste billeder fra ALMA kan forskerne forsøge at finde centralområdet for baggrundsgalaksen. Den bør befinde sig i centeret af Einsteinringen. Hvis forgrundsgalaksen har et supermassivt sort hul i sit centrum, "sluger" det sorte hul noget af strålingen. Faktisk ser centralområderne for den fjerne galakse for svage ud, og det viser, at der er et sort hul, og også hvor stort - eller tungt - det er.

Mere information

Forskningsresultaterne bliver præsenteret i otte artikler i den nærmeste fremtid. Her er en liste over forskerholdene, med links til artiklerne:

http://arxiv.org/abs/1503.07605
Yoichi Tamura (The University of Tokyo), Masamune Oguri (The University of Tokyo), Daisuke Iono (National Astronomical Observatory of Japan/SOKENDAI), Bunyo Hatsukade (National Astronomical Observatory of Japan), Yuichi Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan/SOKENDAI), and Masao Hayashi (National Astronomical Observatory of Japan).

http://arxiv.org/abs/1503.08720
Simon Dye (University of Nottingham), Christina Furlanetto (University of Nottingham; CAPES Foundation, Ministry of Education of Brazil, Brazil), Mark Swinbank (Durham University), Catherine Vlahakis (Joint ALMA Observatory, Chile; ESO, Chile), James Nightingale (University of Nottingham), Loretta Dunne (University of Canterbury, New Zealand; Institute for Astronomy [IfA], Royal Observatory Edinburgh), Steve Eales (Cardiff University), Ian Smail (Durham), Ivan Oteo-Gomez (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Todd Hunter (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA), Mattia Negrello (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Vicolo Osservatorio, Padova, Italy), Helmut Dannerbauer (Universitat Wien, Vienna, Austria), Rob Ivison (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Raphael Gavazzi (Universite Pierre et Marie Curie, Paris), Asantha Cooray (California Institute of Technology, USA) and Paul van der Werf (Leiden University, The Netherlands).

http://arxiv.org/abs/1505.05148
Mark Swinbank (Durham University), Simon Dye (University of Nottingham), James Nightingale (University of Nottingham), Christina Furlanetto (University of Nottingham; CAPES Foundation, Ministry of Education of Brazil, Brazil), Ian Smail (Durham), Asantha Cooray (California Institute of Technology, USA), Helmut Dannerbauer (Universitat Wien, Vienna, Austria), Loretta Dunne (University of Canterbury, New Zealand; Institute for Astronomy [IfA], Royal Observatory Edinburgh), Steve Eales (Cardiff University), Raphael Gavazzi (Universite Pierre et Marie Curie, Paris), Todd Hunter (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA), Rob Ivison (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Mattia Negrello (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Vicolo Osservatorio, Padova, Italy), Ivan Oteo-Gomez (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Renske Smit (Durham), Paul van der Werf (Leiden University, The Netherlands), and Catherine Vlahakis (Joint ALMA Observatory, Chile; ESO, Chile).

http://arxiv.org/abs/1503.05558
Kenneth C. Wong (Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica (ASIAA), Taipei, Taiwan), Sherry H. Suyu (ASIAA, Taiwan), and Satoki Matsushita (ASIAA, Taiwan)

http://arxiv.org/abs/1503.07997
Bunyo Hatsukade (National Astronomical Observatory of Japan, Tokyo, Japan) Yoichi Tamura (Institute of Astronomy, University of Tokyo, Tokyo, Japan), Daisuke Iono (National Astronomical Observatory of Japan; The Graduate University for Advanced Studies [SOKENDAI], Tokyo, Japan), Yuichi Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan), Masao Hayashi (National Astronomical Observatory of Japan), Masamune Oguri (Research Center for the Early Universe, University of Tokyo, Tokyo, Japan; Department of Physics, University of Tokyo, Tokyo, Japan; Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe [Kavli IPMU, WPI], University of Tokyo, Chiba, Japan)

http://arxiv.org/abs/1503.02652
The ALMA Partnership, C. Vlahakis (Joint ALMA Observatory [JAO]; ESO) , T. R. Hunter (National Radio Astronomy Observatory [NRAO]), J. A. Hodge (NRAO) , L. M. Pérez (NRAO) , P. Andreani (ESO), C. L. Brogan (NRAO) , P. Cox (JAO, ESO) , S. Martin (Institut de Radioastronomie Millimétrique [IRAM]) , M. Zwaan (ESO) , S. Matsushita (Institute of Astronomy and Astrophysic, Taiwan) , W. R. F. Dent (JAO, ESO), C. M. V. Impellizzeri (JAO, NRAO), E. B. Fomalont (JAO, NRAO), Y. Asaki (National Astronomical Observatory of Japan; Institute of Space and Astronautical Science (ISAS), Japan Aerospace Exploration Agency [JAXA]) , D. Barkats (JAO, ESO) , R. E. Hills (Astrophysics Group, Cavendish Laboratory), A. Hirota (JAO; National Astronomical Observatory of Japan), R. Kneissl (JAO, ESO), E. Liuzzo (INAF, Istituto di Radioastronomia), R. Lucas (Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble) , N. Marcelino (INAF), K. Nakanishi (JAO, National Astronomical Observatory of Japan), N. Phillips (JAO, ESO), A. M. S. Richards (University of Manchester), I. Toledo (JAO), R. Aladro (ESO), D. Broguiere (IRAM), J. R. Cortes (JAO, NRAO), P. C. Cortes (JAO, NRAO), D. Espada (ESO, National Astronomical Observatory of Japan), F. Galarza (JAO), D. Garcia-Appadoo (JAO, ESO), L. Guzman-Ramirez (ESO), A. S. Hales (JAO, NRAO) , E. M. Humphreys (ESO) , T. Jung (Korea Astronomy and Space Science Institute) , S. Kameno (JAO, National Astronomical Observatory of Japan) , R. A. Laing (ESO), S. Leon (JAO,ESO) , G. Marconi (JAO, ESO) , A. Mignano (INAF) , B. Nikolic (Astrophysics Group, Cavendish Laboratory), L. A. Nyman (JAO, ESO), M. Radiszcz (JAO), A. Remijan (JAO, NRAO), J. A. Rodón (ESO), T. Sawada (JAO, National Astronomical Observatory of Japan), S. Takahashi (JAO, National Astronomical Observatory of Japan), R. P. J. Tilanus (Leiden University), B. Vila Vilaro (JAO, ESO), L. C. Watson (ESO), T. Wiklind (JAO, ESO), Y. Ao (National Astronomical Observatory of Japan) , J. Di Francesco (National Research Council Herzberg Astronomy & Astrophysics), B. Hatsukade (National Astronomical Observatory of Japan), E. Hatziminaoglou (ESO), J. Mangum (NRAO), Y. Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan), E. Van Kampen (ESO), A. Wootten (NRAO), I. De Gregorio-Monsalvo (JAO, ESO), G. Dumas (IRAM), H. Francke (JAO), J. Gallardo (JAO), J. Garcia (JAO), S. Gonzalez (JAO), T. Hill (ESO), D. Iono (National Astronomical Observatory of Japan), T. Kaminski (ESO), A. Karim (Argelander-Institute for Astronomy), M. Krips (IRAM), Y. Kurono (JAO, National Astronomical Observatory of Japan) , C. Lonsdale (NRAO), C. Lopez (JAO), F. Morales (JAO), K. Plarre (JAO), L. Videla (JAO), E. Villard (JAO, ESO), J. E. Hibbard (NRAO), K. Tatematsu (National Astronomical Observatory of Japan)

http://arxiv.org/abs/1503.02025
M. Rybak (Max Planck Institute for Astrophysics), J. P. McKean (Netherlands Institute for Radio Astronomy; University of Groningen) S. Vegetti (Max Planck Institute for Astrophysics), P. Andreani (ESO) and S. D. M. White (Max Planck Institute for Astrophysics)

http://arxiv.org/abs/1506.01425
M. Rybak (Max Planck Institute for Astrophysics), S. Vegetti (Max Planck Institute for Astrophysics), J. P. McKean (Netherlands Institute for Radio Astronomy; University of Groningen), P. Andreani (ESO) and S. D. M. White (Max Planck Institute for Astrophysics)

­

ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, er et internationalt astronomisk observatorium, med ESO, US National Science Foundation (NSF) og National Institutes of Natural Sciences (NINS) i Japan i samarbejde med Chile. ALMAs finansieres af ESO (Det europæiske sydobservatorium), NSF i samarbejde med Canadas National Research Council og National Science Council i Taiwan, og af NINS i samarbejde med Academia Sinica i Taiwan og Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

Opbygning og drift af ALMA styres af ESO på vegne af medlemstaterne, af National Radio Observatory ved Associated Universities, Inc. på vegne af Nordamerika og af National Astronomical Observatory i Japan på vegne af Østasien. Organisationen Joint ALMA Observatory, JAO står for den fælles ledelse og styring af konstruktion og drift af ALMA.

 

ESO er den fremmeste fællesnationale astronomiorganisation i Europa, og verdens langt mest produktive jordbaserede astronomiske observatorium. 16 lande er med i ESO: Belgien, Brazilien, Danmark, Finland, Frankrig, Italien, Nederlandene, Polen, Portugal, Spanien, Sverige, Schweiz, Storbritannien, Tjekkiet, Tyskland og Østrig, og desuden værtsnationen Chile. ESO har et ambitiøst program, som gør det muligt for astronomer at gøre vigtige videnskabelige opdagelser. Programmet har focus på design, konstruktion og drift af stærke jordbaserede observatorier. Desuden har ESO en ledende rolle i formidling og organisering af samarbejde omkring astronomisk forskning. ESO driver tre enestående observatorier i verdensklasse i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO VLT, Very Large Telescope, som er verdens mest avancerede observatorium for synligt lys, samt to oversigtsteleskoper. VISTA, som observerer i infrarødt, er verdens største oversigtsteleskop, og VLT Survey Teleskopet er det største teleskop bygget til at overvåge himlen i synligt lys. ESO er en af de største partnere i ALMA, som er det største eksisterende astronomiprojekt. For tiden bygges E-ELT, et 39 m optisk og nærinfrarødt teleskop på Cerro Armazones, tæt ved Paranal. Det bliver "verdens største himmeløje".

 

Links

Forskningsartiklerne kan læses her:

• • http://arxiv.org/abs/1503.07605
  • http://arxiv.org/abs/1503.08720
  • http://arxiv.org/abs/1505.05148
  • http://arxiv.org/abs/1503.05558
  • http://arxiv.org/abs/1503.07997
  • http://arxiv.org/abs/1503.02652
  • http://arxiv.org/abs/1503.02025

Kontakter

Lars Lindberg Christensen
Head of ESO ePOD
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6761
Mobil: +49 173 3872 621
E-mail: lars@eso.org

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1522 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.