Pressemeddelelse

Vi har det hidtil bedste bevis for førstegenerationsstjerner, som dukker op i Universet.

VLT opdager CR7; den klareste fjerne galakse, og ser tegn på Population III-stjerner

17. juni 2015

Med ESOs Very Large Telescope har en gruppe astronomer opdaget den allerklareste galakse, som endnu er set i det tidlige Univers, og der er stærke tegn på, at der inde i den gemmer sig stjerner af den allerførste generation. Disse tunge, klare og indtil nu kun teoretisk forventede objekter har dannet de første tunge grundstoffer i historien. Tunge grundstoffer er nødvendige for dannelsen af de stjerner, vi ser omkring os idag, og for at der kan dannes planeter og liv som vi kender det. Den nyfundne galakse, med betegnelsen CR7 er tre gange klarere end den hidtil kendte klareste galakse i det fjerne.

Der har længe været teorier om denne første generation af stjerner, som også kaldes Population III stjerner. De dannes af det oprindelige stof fra Big Bang[1]. Alle de tungere grundstoffer, såsom oxygen, kvælstof, kul og jern - som alle sammen er nødvendige for livet - er dannet dybt inde i stjernerne. Det betyder, at de første stjerner må være dannet udelukkende af de stoffer, som fandtes før stjernerne kom til: hydrogen, helium og små spor af lithium.

Population III-stjernerne må have været enorme. Flere hundrede eller endda tusinde gange tungere end Solen. De har være meget varme og meget kortlivede. De er eksploderet som supernovaer efter blot to millioner års levetid. Men indtil nu er det ikke lykkedes med sikkerhed at vise, at de har eksisteret[2].

Med ESOs Very Large Telescope (VLT) har et forskerhold ledet af David Sobral fra Institute of Astrophysics and Space Sciences, the Faculty of Sciences of the University of Lisbon i Portugal, og Leiden Observatory in the Netherlands haft held til at kigge tilbage i det tidlige Univers, til en periode, som kaldes reioniseringen. Den skete omkring 800 millioner år efter Big Bang. Holdet har gennemført den indtil nu største oversigt over meget fjerne galakser.

Ud over VLT har holdet også anvendt W. M. Keck Observatory, Subaru Telescope og NASA/ESA Hubble Space Telescope. Holdet opdagede og bekræftede eksistensen af et antal forbavsende klare og meget unge galakser. Den ene af dem, med katalogbetegnelsen CR7[3], er meget sjælden - det er den klareste galakse, som nogensinde er set i denne epoke af Universets historie[4]. Alene opdagelsen af CR7 og andre klare galakser kunne have været regnet som en stor succes for undersøgelsen, men oven i det viste der sig endnu flere spændende nyheder.

X-shooter og SINFONI instrumenterne på VLT fandt stærkt ioniseret helium i CR7, og - hvad der er det mest afgørende - ingen tegn overhovedet på nogen tungere grundstoffer i en klartlysende lomme i galaksen. Det betyder, at forskerholdet har fundet det første gode tegn på, at der findes hobe af Population III-stjerner i galakserne i det tidlige Univers, og at det er disse stjerner, som har ioniseret gasarterne inde i galskserne[5].

"Opdagelsen var en udfordring til vore forventninger helt fra starten," sagde David Sobral, "for vi ventede ikke at finde nogen så klar galakse. Vi trevlede langsomt målingerne på CR7 op bid for bid, og så forstod vi, at vi havde fundet langt den klareste fjerne galakse nogensinde. Samtidig indså vi, at den opfyldte alt, hvad man skulle forvente af Population III stjerner. De stjerner var de første, som dannede de første tunge grundstoffer, og det er i sidste ende dem, som har gjort, at vi eksisterer. Det kan ikke bliver meget mere spændende."

Inde i galaksen CR7 fandt forskerne også klynger af stjerner, som var lidt rødere og nogle lidt mere blå. Det viser, at dannelsen af Population III stjernerne er sket i bølger - som det er forudsagt. Det, som kunne observeres direkte var den seneste bølge af Population III stjerner, og det betyder, at det skulle være lettere at finde sådanne stjerner end det hidtil har været antaget: De tidlige stjerner findes åbenbart iblandt almindelige stjerner i klare galakser - ikke kun i de tidligste, mindste og svagest lysende galakser, som ville være så svage, at de ville være yderst vanskelige af studere.

Jorryt Matthee, som er artiklens anden-forfatter konkluderer: "Jeg har altid funderet over, hvor vi kommer fra. Selv som barn tænkte jeg på, hvor grundstofferne kommer far: kalken i mine knogler, kullet i mine muskler, jernet i mit blod. Jeg lærte efterhånden, at disse stofer blev dannet første gang i de allerførste stjernegenerationer. Og nu kan vi så på en helt fantastisk måde faktisk se de stjerner for første gang."

Der er planlagt flere observationer med VLT, ALMA og Hubble rumteleskopet, dels for at få bekræftet at det er Population III stjerner, som er opdaget, og dels at finde flere af dem.

Noter

[1] Navnet "Population III" er opstået fordi astronomerne allerede havde klassificeret stjernerne i Mælkevejen som Population I (stjerner som Solen, som er rige på tunge grundstoffer, og som befinder sig i Mælkevejens skive) og Population II (ældre stjerner med et mindre indhold af tunge grundstoffer i Mælkevejens kerne og glorie og i kugleformede stjernehobe).

[2] Det er meget vanskeligt at finde disse stjerner. De levede meget kort, og dengang de lyste op, var Universet stort set uigennemsigtigt. Tidligere opdagelser omfatter: Nagao, et al., 2008, hvor der ikke er fundet ioniseret helium; De Breuck et al., 2000, hvor der blev fundet ioniseret helium, men sammen med kul og oxygen, og med klare indikationer af en aktiv galaksekerne; og Cassata et al., 2013, hvor der blev fundet ioniseret helium, men med en meget lav equivalent width, eller svag intensitet, og tillige sammen med kul og oxygen.

[3] CR7-betegnelsen er en forkortelse for COSMOS Redshift 7, og det er en angivelse af, hvor langt væk den befinder sig i forhold til Universets alder. Jo højere rødforskydning (redshift), des længere væk er galaksen, og des længere tilbage i universets historie ses den. For eksempel har en af de ældste galakser, som nogensinde er observeret, A1689-zD1, en rødforskydning på 7,5.

Navnet er så også inspireret af den store portugisiske fodboldspiller Christiano Ronaldo, som også er kendt som CR7.

[4] CR7 er tre gange klarere end den tidligere rekordindehaver, Himiko, som man forestillede sig var helt enestående. Galakser med støv meget tidligere i Universets historie har måske udsendt mere energi alt i alt end CR7. Det er sket i infrarødt lys fra det varme støv. Energien, som kommer fra CR7 udsendes mestendels i ultraviolet og synligt lys.

[5] Forskerholdet har også overvejet to alternative teorier: at lyskilden enten var fra en AGN eller en Wolf–Rayet stjerne. Begge disse teorier modsiges kraftigt, ikke mindst af, manglen på tunge grundstoffer. Holdet spekulerede også på, om lyskilden kunne være et a direct-collapse black hole. Det er et yderst specielt og udelukkende teoretisk objekt. I spektret mangler en bred emissionslinie, og desuden er lysstyrken for hydrogen og helium meget større end hvad der er forudsagt for et sådant sort hul, så denne mulighed er også usandsynlig. Hvis der desuden ikke detekteret röntgenstråling fra objektet ville et sort hul være helt udelukket, men der er ikke observationer, som kan afgøre dette.

Mere information

Forskningsresultaterne bliver publiceret i en artikel med titlen “Evidence for PopIII-like stellar populations in the most luminous Lyman-α emitters at the epoch of re-ionisation: spectroscopic confirmation”, af D. Sobral, et al., i The Astrophysical Journal.

Holdet er sammensat af David Sobral (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade de Lisboa, Lisbon, Portugal; Departamento de Física, Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa, Lisbon, Portugal; Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Holland), Jorryt Matthee (Leiden Observatory), Behnam Darvish (Department of Physics and Astronomy, University of California, Riverside, California, USA), Daniel Schaerer (Observatoire de Genève, Département d’Astronomie, Université de Genève, Versoix, Schweiz; Centre National de la Recherche Scientifique, IRAP, Toulouse, Frankrig), Bahram Mobasher (Department of Physics and Astronomy, University of California, Riverside, California, USA), Huub J. A. Röttgering (Leiden Observatory), Sérgio Santos (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Universidade de Lisboa; Departamento de Física, Universidade de Lisboa, Portugal) and Shoubaneh Hemmati (Department of Physics and Astronomy, University of California, Riverside, California, USA).

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

• forskningsartiklen i sin helhed
• fotos af VLT

Kontakter

David Sobral
Universidade de Lisboa and Leiden University
Lisbon / Leiden, Portugal / The Netherlands
Tel: +351 916 700 769
E-mail: sobral@iastro.pt

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

João Retrê
Coordinator, Science Communication and Outreach Office, Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço
Lisbon, Portugal
Tel: +351 21 361 67 49
E-mail: jretre@iastro.pt

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 eso1524 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.