Lehdistötiedote

Jättimäisiä tomuun haudattuja räjähdyksiä

ALMA luotaa pimeiden gammapurkausten ympäristöä

11. kesäkuuta 2014

ALMA:n (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) havainnot ovat ensimmäisenä suoraan kartoittaneet molekylaarista kaasua ja tomua gammapurkausten (GRB) emogalakseissa. Gammapurkaukset ovat maailmankaikkeuden suurimpia räjähdyksiä. Täysin yllättäen havaittiin odotettua vähemmän kaasua ja vastaavasti paljon enemmän tomua, mikä saa jotkin GRB:t vaikuttamaan "pimeiltä gammapurkauksilta". Tämä tutkimus ilmestyy julkaisusarjassa Nature 12. kesäkuuta 2014 ja on ensimmäinen julkaistu ALMA:n gammapurkauksia käsittelevä tieteellinen tulos. Se osoittaa ALMA:n mahdollisuudet auttaa meitä ymmärtämään paremmin näitä kohteita.

Gammapurkaukset (GRB) ovat kiivaita äärimmäisen korkean energian purkauksia, joita havaitaan etäisissä galakseissa. Ne ovat maailmankaikkeuden kirkkaimpia räjähdyksiä. Paria sekuntia pitempään kestävät purkaukset tunnetaan pitkäkestoisina gammapurkauksina (LGRB) [1] ja ne liittyvät supernovaräjähdyksiin, jotka ovat massiivisten tähtien elämän lopulla tapahtuvia voimakkaita räjähdyksiä.

Sekuntien kuluessa tyypillinen purkaus vapauttaa yhtä paljon energiaa kuin Aurinko koko kymmenen miljardin vuoden elinaikanaan. Itse räjähdystä seuraa usein hidas säteilyn himmeneminen, joka tunnetaan jälkihehkuna. Sen ajatellaan muodostuvan ulos singonneen materian ja ympäröivän kaasun törmäyksissä.

Joillakin gammapurkauksilla ei kuitenkaan näytä olevan jälkihehkua. Niitä kutsutaan pimeiksi purkauksiksi. Yksi mahdollinen selitys on, että tomupilvet imevät itseensä jälkihehkun säteilyn.

Viime vuosina tiedemiehet ovat työskennelleet gammapurkausten emogalakseja tutkien ymmärtääkseen paremmin kuinka GRB:t muodostuvat. Tähtitieteilijät olettivat, että GRB:eiden edeltäjinä toimivia massiivisia tähtiä löytyisi aktiivisilta tähtienmuodostusalueilta näissä galakseissa. Niitä ympäröisi suuri määrä molekylaarista kaasua — tähtienmuodostuksen raaka-ainetta. Tätä teoriaa ei kuitenkaan tukenut mikään havaintotulos. Seurauksena oli pitkäkestinen mysteeri.

Japanilaisen Kansallisen tähtitieteellisen observatorion tutkija Bunyo Hatsukaden johtama Japanilainen tähtitieteilijäryhmä käytti ALMA:a ensimmäisenä havaitakseen kahden LGRB:n emogalaksien — GRB 020819B ja GRB 051022 — molekylaarisen kaasun lähettämää radiosäteilyä. Galaksit ovat etäisyyksillä 4.3 ja 6.9 miljardia valovuotta. Vaikka tällaista radiosäteilyaä ei milloinkaan ollut havaittu GRB-emogalakseissa, teki ALMA sen mahdolliseksi ennennäkemättömän suurella herkkyydellä [2].

Kotaro Kohno, Tokion yliopiston professori ja tutkimusryhmän jäsen, sanoi "Me olemme etsineet molekylaarista kaasua GRB-emogalakseissa yli kymmenen vuoden ajan käyttäen eri teleskooppeja ympäri koko maailman. Kovan työmme tuloksena saavutimme viimein merkittävän läpimurron käyttäen ALMA:n tehokkuutta. Me olemme hyvin jännittyneitä siitä, mitä olemme saavuttaneet."

ALMA:n suuren resoluution mahdollistama toinen merkittävä saavutus oli molekylaarisen kaasun ja tomun jakauman selvittäminen GRB-emogalakseissa. Kohteen GRB 020819B havainnot paljastivat huomattavan tomuisan ympäristön emogalaksin ulkolaitamilla, kun taas molekylaarista kaasua löytyi vain keskustan ympäristöstä. Tämä oli ensimmäinen kerta, kun tällainen jakauma on paljastettu GRB-emogalaksien ympäriltä [3].

"Me emme odottaneet, että GRB:t voisivat tapahtua niin tomuisissa ympäristöissä, joissa on alhainen molekylaarisen kaasun suhde tomun määrään. Tämä antaa ymmärtää että GRB:t tapahtuvat varsin erilaisissa ympäristöissä kuin tyypillissä tähtienmuodostusalueissa," sanoo Hatsukade. Tämä viittaa siihen, että gammapurkauksina kuolevat massiiviset tähdet muuttavat ympäristöään tähtienmuodostusalueessaan ennen kuin räjähtävät.

Tutkimusryhmä uskoo, että mahdollinen selitys tomun suureen määrään molekylaariseen kaasuun nähden GRB:n ympäristössä on ero niiden reaktioissa ultraviolettisäteilyyn. Koska molekyylit muodostavien atomien sidokset rikkoutuvat helposti ultraviolettisäteilyssä, molekylaarinen kaasu ei voi selvitä tähtienmuodostusalueen kuumien, massiivisten tähtien voimakkaalle ultraviolettisäteilylle altistetussa ympäristössä. Näihin tähtiin sisältyy myös aikanaan gammapurkauksena havaittavan räjähdyksen kokeva tähti. Vaikka samanlainen jakauma nähdään myös kohteessa GRB 051022, tulee tämä silti vielä varmistaa huonon resoluution johdosta (sillä kohteen GRB 051022 emogalaksi sijaitsee kauempana kuin kohteen GRB 020819B emogalaksi). Joka tapauksessa nämä ALMA:n havainnot tukevat hypoteesia, jonka mukaan juurikin tomu absorboi jälkihehkun säteilyn saaden aikaan pimeät gammapurkaukset.

"Tällä kertaa saadut tulokset ylittivät odotuksemme. Meidän pitää suorittaa lisää tutkimuksia muilla gammapurkausten emogalakseilla nähdäksemme onko tämä yleinen GRB-alueiden ympäristöehto. Odotamme mielenkiinnolla tulevaa tutkimusta ALMA:n parannetulla suorituskyvyllä," sanoo Hatsukade.

Lisähuomiot

[1] Kestoltaan yli kaksisekuntiset pitkäkestoiset gammapurkaukset kattavat noin 70% havaituista gammapurkauksista. Viime vuosikymmenen aikana on tunnistettu uusi gammapurkausten luokka, jonka kesto on alle kaksi sekuntia, eli lyhytkestoiset gammapurkaukset. Ne johtuvat todennäköisesti neutronitähtien yhteensulautumisesta eivätkä siten liity super- tai hypernoviin.

[2] ALMA:n herkkyys tässä havainnossa oli noin viisi kertaa parempi kuin muiden vastaavanlaisten teleskooppien. ALMA:n varhaiset tiedehavainnot alkoivat osittaisella antennisarjalla vuonna 2011 (eso1137). Nämä havainnot tehtiin 24-37 antennin sarjalla, jonka antennien etäisyydet olivat enintään vain 125 metriä. Viimeisten antennien valmistuminen 66 antennin sarjassa (eso1342) tarjoaa mahtavan lupauksen siitä mitä ALMA kykenee paljastamaan lähitulevaisuudessa, kun antennit voidaan sijoittaa eri konfiguraatioihin, joissa antennien suurimmat etäisyydet toisistaan vaihtelevat 150 metristä 16 kilometriin.

[3] Tomun massan suhde molekylaarisen kaasun massaan on noin 1% Linnunradan tähtienvälisessä aineessa ja läheisissä tähtiä muodostavissa galakseissa, mutta vähintään kymmenen kertaa suurempi alueessa, joka ympäröi kohdetta GRB 020819B.

Lisätietoa

Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) on yhteistyöhanke johon osallistuvat Eurooppa, Pohjois-Amerikka ja Itä-Aasia yhteistyössä Chilen kanssa. ALMA:a rahoittavat Euroopassa Euroopan eteläinen observatorio (ESO), Pohjois-Amerikassa Yhdysvaltain kansallinen tiedesäätiö (NSF) yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiedeneuvoston (NSC) kanssa, ja Itä-Aasiassa Japanin kansalliset luonnontieteelliset instituutit (NINS) yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) kanssa. ALMA:n rakentamista ja toimintaa ohjaa Euroopan osalta ESO, Pohjois-Amerikan osalta Kansallinen radiotähtitieteen observatorio (NRAO), jota hallinnoi Associated Universities, Inc. (AUI), ja Itä-Aasian osalta Japanin Kansallinen tähtitieteellinen observatorio (NAOJ). Yhteinen ALMA-observatorio (JAO) huolehtii ALMA:n rakentamisen, kokoonpanon ja operaation yhtenäisestä johdosta ja hallinnoinnista.

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisussa “Two gamma-ray bursts from dusty regions with little molecular gas”, jonka kirjoittivat B. Hatsukade et al. Julkaisu ilmestyi julkaisusarjassa Nature 12. kesäkuuta 2014.

Tutkimusryhmään kuuluvat B. Hatsukade (NAOJ, Tokio, Japani), K. Ohta (Tähtitieteen laitos, Kioton yliopisto, Kioto, Japani), A. Endo (Kavli Institute of NanoScience, TU Delft, Alankomaat), K. Nakanishi (NAOJ; JAO, Santiago, Chile; The Graduate University for Advanced Studies (Sokendai), Tokio, Japani), Y. Tamura (Tähtitieteen laitos [IoA], Tokion yliopisto, Japani ), T. Hashimoto (NAOJ) ja K. Kohno (IoA; Research Centre for the Early Universe, Tokion yliopisto, Japani).

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 15 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla Very Large Telescope (VLT), maailman kehittynein näkyvää valoa havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, ja kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja on maailman suurin kartoitusteleskooppi. VLT Survey Telescope on suurin vartavasten taivaan näkyvän valon kartoitukseen suunniteltu teleskooppi. ESO on maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, vallankumouksellisen ALMA-teleskoopin eurooppalainen yhteistyökumppani. Parhaillaan ESO suunnittelee 39-metrin kokoista optisen/lähi-infrapuna-alueen European Extremely Large -teleskooppia (E-ELT) josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu
• Lisätietoja ALMA:sta
• Valokuvia ALMA:sta
• Videoita ALMA:sta
• ALMA-esite
• Elokuva: ALMA — In Search of our Cosmic Origins
• ALMA-valokuvakirja: In Search of our Cosmic Origins – The Construction of the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
• Lisää lehdistötiedotteita ALMA:lta

Yhteystiedot

Bunyo Hatsukade
National Astronomical Observatory of Japan
Japan
Puh.: +81-422-34-3900 (ext. 3173)
Sähköposti: bunyo.hatsukade@nao.ac.jp

Masaaki Hiramatsu
National Astronomical Observatory of Japan
Japan
Puh.: +81-422-34-3630
Sähköposti: hiramatsu.masaaki@nao.ac.jp

Lars Lindberg Christensen
ESO education and Public Outreach Department
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6761
Matkapuhelin: +49 173 3872 621
Sähköposti: lars@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media

Tämä on ESO:n lehdistötiedotteen käännös eso1418.