Lehdistötiedote

Vanhan näköinen galaksi nuoressa maailmankaikkeudessa

ALMA ja VLT luotaavat yllättävän tomuisaa ja kehittynyttä galaksia

2. maaliskuuta 2015

Yksi etäisimmistä milloinkaan havaituista galakseista on tarjonnut tähtitieteilijöille ensimmäisen havainnon tomusta niin kaukaisessa tähtiä muodostavassa järjestelmässä ja kiehtovan todisteen galaksien nopeasta kehityksestä alkuräjähdyksen jälkeen. Uudet havainnot ovat käyttäneet ALMA-teleskooppia erottaakseen kylmän tomun himmeän hohteen galaksista A1689-zD1 ja ESO:n VLT-teleskooppia mitatakseen sen etäisyyden.

Kööpenhaminan yliopiston Darach Watsonin johtama tähtitieteilijäryhmä käytti VLT-teleskoopin (Very Large Telescope) X-shooter-havaintolaitetta yhdessä ALMA-teleskoopin (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) havaitakseen yhtä nuorimmista ja etäisimmistä milloinkaan löydetyistä galakseista. He yllättyivät havaitessaan paljon oletettua kehittyneemmän järjestelmän. Sen tomun määrä oli samanlainen kuin hyvin kehittyneissä galakseissa, kuten Linnunradassa. Tällainen tomu on välttämätöntä elämälle, koska se auttaa muodostamaan planeettoja, monimutkaisia molekyylejä ja normaaleja tähtiä.

Heidän havaintojensa kohde oli A1689-zD1 [1]. Se on havaittavissa vain koska tämän nuoren galaksin ja Maapallon välissä oleva, näyttävän galaksijoukon Abell 1689 muodostama gravitaatiolinssi yhdeksänkertaistaa sen kirkkauden. Ilman gravitaatiovahvistusta tämän hyvin himmeän galaksin hohde olisi liian vähäistä havaittavaksi.

Näemme galaksin A1689-zD1 sellaisena kuin se oli maailmankaikkeuden ollessa vain noin 700 miljoonan vuoden ikäinen, mikä on viisi prosenttia sen nykyisestä iästä [2]. Se on suhteellisen vaatimaton järjestelmä — paljon vähemmän massiivinen ja kirkas kuin monet muut kohteet, joita on tutkittu aikaisemmin tässä vaiheessa nuoren maailmankaikkeuden ikää ja siten paljon tyypillisempi esimerkki tuon ajan galakseista.

A1689-zD1 nähdään sellaisena kuin se oli reionisaatioaikana, jolloin varhaisimmat tähdet toivat syntyessään kosmisen aamunkoiton, valaisten ensimmäistä kertaa valtavaa ja läpinäkyvää maailmankaikkeutta ja päättäen pimeän kauden pysähtyneisyyden. Galaksin odotettiin näyttävän vastamuodostuneelta järjestelmältä, mutta se yllätti havaitsijat kemiallisen koostumuksen runsaudellaan ja tähtienvälisen tomun määrällään.

"Vahvistettuamme galaksin etäisyyden käyttäen VLT-teleskooppia," sanoi Darach Watson, "ymmärsimme, että sitä oli aikaisemmin havaittu ALMA-teleskoopilla. Emme odottaneet löytävämme paljoakaan, mutta voin sanoa, että me olimme kaikki varsin innoissamme tajutessamme, että ALMA ei ollut vain havainnut sitä, vaan siitä oli selvä havainto. Yksi ALMA-observatorion päätavoitteista oli löytää galakseja varhaisesta maailmankaikkeudesta käyttäen niiden kylmän kaasun ja tomun säteilyä — ja tässä sellainen oli!"

Tämä galaksi oli kosminen vauva, mutta se oli varhain kehittynyt. Tässä iässä sen olettaisi osoittavan selvää puutetta kaikista vetyä ja heliumia raskaammista alkuaineista, joita tähtitieteessä kutsutaan metalleiksi. Tähdet valmistavat niitä sisuksissaan ja levittävät ympäriinsä tähtien räjähtäessä tai muuten menehtyessä. Tämän prosessin pitää toistua monien tähtisukupolvien ajan tuottaakseen merkittäviä määriä hiilen, hapen ja typen kaltaisia raskaampia alkuaineita.

Yllättäen galaksi A1689-zD1 näytti säteilevän runsaasti pitkäaaltoisella infrapuna-alueella [3], mikä viittaa siihen, että se on tuottanut jo paljon tähdistään ja merkittäviä määriä metalleja, ja paljasti, että se ei vain käsittänyt tomua, vaan sen tomun suhde kaasuun oli samanlainen paljon varttuneempien galaksien kanssa.

"Vaikka galaktisen tomun tarkka alkuperä on yhä epäselvä," selittää Darach Watson, “löydöksemme viittaa siihen, että sen tuotanto tapahtui hyvin nopeasti, vain 500 miljoonan vuoden sisällä maailmankaikkeuden tähtienmuodostuksen alkamisesta, mikä on hyvin lyhyt kosmologinen aika, ottaen huomioon, että useimmat tähdet elävät miljardeja vuosia."

Löydökset antavat ymmärtää, että A1689-zD1 on johdonmukaisesti tuottanut tähtiä kohtuullista tahtia alkaen 560 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, tai muutoin se on käynyt läpi äärimmäisen tähtienmuodostuksen ajanjakson hyvin nopeasti ennen kuin on siirtynyt vähenevän tähtienmuodostuksen tilaan.

Ennen tätä tulosta tähtitieteilijöiden joukossa oli ollut huolta, että tällaiset etäiset galaksit eivät olisi havaittavissa tällä tavoin, mutta A1689-zD1 havaittiin käyttäen vain lyhyttä havaintoaikaa ALMA:lla.

Kirsten Knudsen (Chalmersin teknologinen korkeakoulu, Ruotsi), yksi tutkimusjulkaisun kirjoittajista, lisää "Tämä hämmästyttävä tomuisa galaksi näyttäisi pitäneen kiirettä valmistaessaan ensimmäistä tähtisukupolveaan. Tulevaisuudessa ALMA tulee auttamaan meitä havaitsemaan lisää tällaisia galakseja ja ymmärtämään mikä on se tekijä, joka saa ne niin innokkaina kasvamaan vanhaksi."

Lisähuomiot

[1] Tämä galaksi huomattiin aiemmin Hubblen kuvissa ja sitä epäiltiin hyvin kaukaiseksi, mutta tuolloin etäisyyttä ei saatu määritettyä.

[2] Tämä vastaa punasiirtymää 7.5.

[3] Tämä säteily on venynyt maailmankaikkeuden laajenemisen johdosta millimetriaallonpituuksille Maapallolle saapuessaan ja siten ALMA kykenee sen havaitsemaan.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisussa "A dusty, normal galaxy in the epoch of reionization”, jonka kirjoittivat D. Watson et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Nature 2. maaliskuuta 2015.

Tutkimusryhmään kuuluvat D. Watson (Niels Bohr -instituutti, Kööpenhaminan yliopisto, Tanska), L. Christensen (Kööpenhaminan yliopisto), K. K. Knudsen (Chalmersin teknologinen korkeakoulu, Ruotsi), J. Richard (CRAL, Observatoire de Lyon, Saint Genis Laval, Ranska), A. Gallazzi (INAF-Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Italia) ja M. J. Michalowski (SUPA, Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Iso-Britannia).

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 16 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Puola, 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 yksi maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, ALMA-teleskoopin pääyhteistyökumppaneista. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista E-ELT -teleskooppia (European Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu
• Valokuvia VLT-teleskoopista
• Valokuvia ALMA-teleskoopista

Yhteystiedot

Darach Watson
Niels Bohr Institute
University of Copenhagen, Denmark
Puh.: +45 2480 3825
Sähköposti: darach@dark-cosmology.dk

Kirsten K. Knudsen
Chalmers University of Technology
Onsala, Sweden
Puh.: +46 31 772 5526
Matkapuhelin: +46 709 750 956
Sähköposti: kirsten.knudsen@chalmers.se

Richard Hook
ESO education and Public Outreach Department
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
Sähköposti: rhook@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