Pressemeddelelse

Der var ilt i Universet kun 700 millioner år efter Big Bang

16. juni 2016

Lyset fra grundstoffet ilt er set længere borte og for længere siden end nogensinde før, i en fjern galakse, som vi ser den, da Universet bare var 700 millioner år gammelt. Det er det store antenneanlæg ALMA i Chile, som astronomerne har brugt til opdagelsen. I den purunge galakse fandtes unge kæmpestjerner, som udsendte enorme mængder af stråling, og den er den stråling, som har fået ilten til at lyse op. Før kæmpestjernerne eksisterede, var Universet mørkt, men de unge stjerner hjalp til med at bringe lys overalt, ved den proces, som kaldes reionisering.

Det er astronomer fra Sverige, Japan, Storbrittannien og ESO, som i samarbejde har brugt ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) til at observere en af de fjerneste galakser, vi kender, med det mundrette navn SXDF-NB1006-2. Den galakse har en rødforskydning på 7,2, og det betyder, at vi ser den idag som den så ud bare 700 millioner år efter Big Bang.

Forskerholdet håbede på at finde ud af, hvilke tunge grundstoffer[1] der var tilstede i så ung en galakse, fordi det kan fortælle os noget om hvornår de første stjerner blev dannet, og hvor mange der var af dem. Hvad der skete under den kosmiske reionisering er nemlig stadig for en stor dels vedkommende ukendt.

"Det er helt afgørende vigtigt at lede efter de tunge grundstoffer i det tidlige Univers, hvis man vil vide noget om stjernedannelsen i den periode," siger Akio Inoue fra Osaka Sangyo Universitetet i Japan. Han er hovedforfatter til den artikel, som netop er blevet offentliggjort i det ansete videnskabelige tidsskrift Science. "Når vi véd mere om de tunge grundstoffer, kan vi også bedre forstå hvordan galakserne blev dannet i starten, og hvad der forårsagede reioniseringen," tilføjer han.

Før der blev dannet objekter, som for eksempel stjerner, var Universet fyldt med elektrisk neutrale gasarter, langt overvejende Helium og Hydrogen (Brint). Få hundrede millioner år efter Big Bang begyndte de første stjerner at lyse op, og de strålede så intenst, at de neutrale gasatomer i rummet omkring dem blev splittet ad - gasserne blev ioniserede. Det er i den fase, som kaldes kosmisk reionisering, at Universet ændrede sig helt radikalt, men det diskuteres stadig, hvilken slags objekter det var, som forårsagede reioniseringen, og om det for eksempel hovedsagelig var unge stjerner eller galaksekerner. Derfor studerer astronomerne forholdene i de tidlige, unge galakser med så stor interesse.

Inden ALMA blev taget i brug til projektet her, har forskerne foretaget computersimuleringer for at prøve at forudsige, hvor svært det ville være at se ioniseret ilt med ALMA. Simuleringerne blev sammenlignet med observationer af lignenede ældre galakser, som er meget tættere på Jorden, og forventningen var, at man lige netop skulle kunne se strålingen fra ilten, selv på disse enorme afstande[2].

Med den høje følsomhed, som ALMA [3] kan præstere, lykkedes projektet. Der blev faktisk fundet ioniseret ilt i galaksen SXDF-NB1006-2, og det er den indtil nu fjerneste sikre måling af ilt[4]. Vi véd nu med sikkerhed, at der fandtes ilt også så tidligt i Universets historie, blot 700 millioner år efter Big Bang

Ilten i SXDF-NB1006-2 er ti gange sjældnere end iltmængden i Solen. "Det var forventet, at der ikke ville være så meget ilt, for Universet var stadig ungt, og der havde ikke været tid til at danne så meget i stjernerne," bemærker Naoki Yoshida fra universitetet i Tokyo. "Ti gange mindre ilt end indholdet i Solen var netop, hvad vore simuleringer havde forudsagt, men vi har et andet, helt uventet resultat: der var den gang kun meget lidt kosmisk støv i galaksen."

Det lykkedes ikke for forskerholdet at måle udstråling fra kulstof i galaksen, og det kunne tyde på, at denne unge galakse indeholder meget lidt u-ioniseret brintgas. Desuden er der altså kun meget lidt støv, som består af de tungere grundstoffer. "Muligvis er der noget usædvanligt på færde i lige denne galakse," siger Inoue. "Jeg har en mistanke om, at næsten al gassen i galaksen er højt ioniseret."

At man finder ioniseret ilt viser, at der i denne galakse er dannet mange meget klare stjerner, som er snesevis af gange tungere end Solen. De stjerner udsender den intense ultraviolette stråling, som er nødvendig for at ionisere iltatomerne.

Når der ikke er så meget støv i galaksen, kan det ultraviolette lys lettere undslippe og dermed ionisere store mængder af gasserne udenfor galaksen. "SXDF-NB1006-2 kan godt være prototypen for de lyskilder, som forårsager den kosmiske reionisering," siger Inoue.

"Det her er et vigtigt skridt imod en forståelse af, hvad det er for objekter, som forårsager den kosmiske reionisering," forklarer Yoichi Tamura fra Tokyos univsersitet. "Vi er allerede igang med de næste observationer med ALMA. Observationer med større opløsningsevne vil give os mulighed for at se både fordelingen af ioniseret ilt og bevægelsesmønstrene i galaksen, og det vil så igen hjælpe os til at forstå forholdene i denne galakse."

Noter

[1] I astronomisk sprogbrug kalder man alle de grundstoffer, som er tungere end lithium under eet for tunge grundstoffer.

[2] Den Japanske infrarød-astronomi satellit AKARI har fundet meget kraftig stråling fra ilt i Den store Magellanske Sky, hvor forholdene ligner dem i det tidlige Univers.

[3] Dobbeltioniserer ilt har en laboratoriebølgelængde på 0,088 millimeter. Bølgelængden for lyset fra SXDF-NB1006-2 bliver strakt til 0,725 millimeter fordi Universet udvider sig, og dermed kan strålingen observeres med ALMA. Ionisering betyder, at der er spaltet en eller flere elektroner fra atomet.

[4] I en tidligere artikel af  Finkelstein et al. blev muligheden for ilt endda på et lidt tidligere tidspunkt nævnt, men der var ikke som i den nye artikel tale om den direkte registrering af en emissionslinie.

Mere information

Forskningsresultatet er beskrevet i en artikel med titlen: “Detection of an oxygen emission line from a high redshift galaxy in the reionization epoch” af Inoue et al. Den offentliggøres i tidsskriftet Science.

Forskerholdet består af: Akio Inoue (Osaka Sangyo University, Japan), Yoichi Tamura (The University of Tokyo, Japan), Hiroshi Matsuo (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Japan), Ken Mawatari (Osaka Sangyo University, Japan), Ikkoh Shimizu (Osaka University, Japan), Takatoshi Shibuya (University of Tokyo, Japan), Kazuaki Ota (University of Cambridge, United Kingdom), Naoki Yoshida (University of Tokyo, Japan), Erik Zackrisson (Uppsala University, Sweden), Nobunari Kashikawa (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Japan), Kotaro Kohno (University of Tokyo, Japan), Hideki Umehata (ESO, Garching, Germany; University of Tokyo, Japan), Bunyo Hatsukade (NAOJ, Japan), Masanori Iye (NAOJ, Japan), Yuichi Matsuda (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Japan), Takashi Okamoto (Hokkaido University, Japan) and Yuki Yamaguchi (University of Tokyo, Japan).

­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

• Forskningsartiklen
• Fotos af ALMA

Kontakter

Akio Inoue
Osaka Sangyo University
Osaka, Japan
E-mail: akinoue@las.osaka-sandai.ac.jp

Masaaki Hiramatsu
NAOJ Chile Observatory EPO officer
Tel: +81 422 34 3630
E-mail: hiramatsu.masaaki@nao.ac.jp

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

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 eso1620 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.