Lehdistötiedote

ALMA paljasti jättimäisen avaruusmöykyn salaisuudet

21. syyskuuta 2016

ALMA-teleskooppia, ESO:n VLT-teleskooppia ja muita teleskooppeja käyttänyt kansainvälinen tutkijaryhmä on paljastanut etäisestä maailmankaikkeudesta Lyman-alfa -möykyksi kutsutun harvinaisen kohteen todellisen luonteen. Tähän mennessä tähtitieteilijät eivät olleet ymmärtäneet, mikä sai nämä valtavat kaasupilvet hohtamaan niin kirkkaina, mutta ALMA on nyt nähnyt yhden tällaisen kohteen ytimessä kaksi galaksia, joissa on käynnissä raivoisa, niiden ympäristöä valaiseva tähtienmuodostus. Nämä suuret galaksit ovat puolestaan massiivisen galaksijoukon muodostumisen alkuvaiheelta näyttävän pienempien galaksien parven keskustassa. ALMA:n kahden kohteen odotetaan kehittyvän yhdeksi elliptiseksi jättiläisgalaksiksi.

Lyman-alfa -möykyt (LAB, englanninkielisen nimen Lyman-alpha Blobs mukaan) ovat jättimäisiä vetykaasupilviä, jotka voivat ulottua satojen tuhansien valovuosien matkalle ja löytyvät hyvin suurilta kosmisilta etäisyyksiltä. Nimi viittaa niiden säteilemän, Lyman-alfa -säteilyksi kutsutun [1] ultraviolettivalon luonteenomaiseen aallonpituuteen. Havaitsemisensa jälkeen LAB:ien muodostumiseen johtavat prosessit ovat olleet tähtitieteellinen arvoitus. Uudet ALMA-havainnot ovat nyt kuitenkin saattaneet ratkaista arvoituksen.

Yksi suurimpia tunnettuja ja eniten tutkittuja Lyman-alfa -möykkyjä on SSA22-Lyman-alpha blob 1 eli LAB-1. Muodostumisen alkuvaiheissa olevan valtavan galaksijoukon ytimessä sijaitseva möykky oli ensimmäinen tällainen, vuonna 2000, havaittu kohde ja sijaitsee niin kaukana meistä, että sen valolta on kestänyt 11.5 miljardia vuotta saavuttaa meidät.

Brittiläisen tutkimuslaitoksen Centre for Astrophysics Research of the University of Hertfordshire tutkijan Jim Geach johtama tähtitieteilijäryhmä on nyt käyttänyt ALMA-teleskoopin (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) verratonta kykyä havaita etäisten galaksien kylmien tomupilvien valoa kurkistaessaan syvälle LAB-1:n sisään. Tämän ansiosta he kykenivät paikallistamaan ja erottamaan useita alimillimetriaallonpituusalueen säteilyn lähteitä [2].

He yhdistivät sitten ALMA:n kuvat ESO:n VLT-teleskoopin Lyman-alfa -valoa kartoittavan MUSE-havaintolaitteen (Multi Unit Spectroscopic Explorer) havaintoihin. Näin he osoittivat, että ALMA:n kohteet sijaitsevat Lyman-alfa -möykyn ytimessä, jossa ne muodostavat tähtiä satakertaisella nopeudella Linnunrataan verrattuna.

NASA:n ja ESA:n Hubble-avaruusteleskoopin syvät kuvat ja W. M. Keck -observatorion spektroskopia [3] osoittivat lisäksi, että ALMA:n kohteita ympäröi suuri joukko himmeitä galaksikumppaneita, jotka saattavat pommittaa materiaa keskeisiin ALMA-kohteisiin ja siten edesauttaa niiden kiihkeää tähtienmuodostusta.

Tutkimusryhmä kääntyi sitten pitkälle kehitetyn galaksienmuodostusmallin puoleen osoittaakseen, että valtava Lyman-alfa -säteilyä hohtava pilvi voidaan selittää, jos ALMA-kohteiden tähtienmuodostuksen tuottama ultraviolettisäteily siroaa ympäröivässä vetykaasussa. Näin muodostuisi näkemämme Lyman-alfa -möykky.

Uuden tutkimuksen pääkirjoittaja, Jim Geach selittää: "Ajattele katuvaloa sumuisena yönä. Näet sumean hohteen, koska valo siroaa pikkuruisista vesipisaroista. Täällä tapahtuu samanlainen ilmiö, paitsi että katuvalo on kiihkeästi tähtiä muodostava galaksi ja sumu on valtava galaksienvälisen kaasun pilvi. Galaksit valaisevat ympäristöään."

Galaksien muodostumisen ja kehittymisen ymmärtäminen on suuri haaste. Tähtitieteilijät ajattelevat, että Lyman-alfa -möykyt ovat tärkeitä, koska ne vaikuttavat paikoilta, joissa maailmankaikkeuden massiivisimmat galaksit muodostuvat. Laaja Lyman-alfa -hohde tarjoaa erityisesti tietoa siitä, mitä tapahtuu muinaisissa, nuoria galakseja ympäröivissä kaasupilvissä, jotka ovat hyvin vaikeita tutkia, mutta kriittisiä ymmärtää.

Jim Geach päättää, "Se mikä tekee näistä möykyistä jännittäviä on, että saamme harvinaisen vilkaisun näiden nuorten, kasvavien galaksien ympäristön tapahtumiin. Laajan Lyman-alfa -valon alkuperästä kiisteltiin pitkään. Uusien havaintojen ja huippuluokan tietokonesimulaatioiden avulla uskomme ratkaisseemme 15-vuotisen arvoituksen: LAB-1 on massiivisen elliptisen galaksin syntysija, joka tulee jonakin päivänä olemaan jättimäisen galaksijoukon keskusta. Näemme väläyksen tuon galaksin muodostumisesta 11.5 miljardia vuotta sitten."

Lisähuomiot

[1] Atomin positiivisesti varattua ydintä kiertävillä negatiivisesti varatuilla elektroneilla on kvantittuneet energiatilat. Toisin sanottuna ne voivat olla olemassa vain tietyissä energiatiloissa ja ne voivat siirtyä niiden välillä vain saamalla tai menettämällä tietyn määrän energiaa. Lyman-alfa -säteily muodostuu, kun vetyatomin elektronit putoavat toiseksi alimmalta energiatasolta alimmalle. Hyvin tarkka menetetty energiamäärä vapautuu tietyn aallonpituuden valona, spektrin ultraviolettiaallonpituusalueella, jota tähtitieteilijät voivat havaita avaruusteleskoopeilla tai Maan pinnalla sijaitsevilla teleskoopeilla, mikäli kyseessä on punasiirtynyt kohde. Punasiirtymällä z~3 sijaitsevan LAB-1:n Lyman-alfa -valo havaitaan näkyvänä valona.

[2] Erotuskyky on kyky erottaa kohteet toisistaan. Alhaisella erotuskyvyllä useat kaukana sijaitsevat kirkkaat kohteet näyttävät yhdeltä hohtavalta pisteeltä ja vain läheltä tarkasteltuna jokainen kohde erottuisi toisistaan. ALMA:n suuri erotuskyky on erottanut aikaisemmin yhdeltä möykyltä näyttäneen kohteen kahdeksi erilliseksi kohteeksi.

[3] Käytössä olivat havaintolaitteet Space Telescope Imaging Spectograph (STIS) NASA:n ja ESA:n Hubble-avaruusteleskoopilla ja Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration (MOSFIRE) Havaijilla sijaitsevalla Keck 1 -teleskoopilla.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisussa "ALMA observations of Lyman-α Blob 1: Halo sub-structure illuminated from within”, jonka kirjoittivat J. Geach et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Astrophysical Journal.

Tutkimusryhmään kuuluvat J. E. Geach (Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire, Hatfield, Iso-Britannia), D. Narayanan (Department of Physics and Astronomy, Haverford College, Haverford PA, USA; Department of Astronomy, University of Florida, Gainesville FL, USA), Y. Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokio, Japani; The Graduate University for Advanced Studies, Mitaka, Tokio, Japani), M. Hayes (Tukholman yliopisto, Tähtitieteen laitos ja Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, Tukholma, Ruotsi), Ll. Mas-Ribas (Teoreettisen astrofysiikan laitos, Oslon yliopisto, Oslo, Norja), M. Dijkstra (Teoreettisen astrofysiikan laitos, Oslon yliopisto, Oslo, Norja), C. C. Steidel (California Institute of Technology, Pasadena CA, USA ), S. C. Chapman (Department of Physics and Atmospheric Science, Dalhousie University, Halifax, Kanada ), R. Feldmann (Department of Astronomy, University of California, Berkeley CA, USA ), A. Avison (Iso-Britannia ALMA Regional Centre Node; Jodrell Bank Centre for Astrophysics, School of Physics and Astronomy, The University of Manchester, Manchester, Iso-Britannia), O. Agertz (Department of Physics, University of Surrey, Guildford, Iso-Britannia), Y. Ao (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokio, Japani), M. Birkinshaw (H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Bristol, Iso-Britannia), M. N. Bremer (H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Bristol, Iso-Britannia), D. L. Clements (Astrophysics Group, Imperial College London, Blackett Laboratory, Lontoo, Iso-Britannia), H. Dannerbauer (Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Teneriffa, Espanja; Universidad de La Laguna, Astrofísica, La Laguna, Teneriffa, Espanja), D. Farrah (Department of Physics, Virginia Tech, Blacksburg VA, USA), C. M. Harrison (Centre for Extragalactic Astronomy, Department of Physics, Durham University, Durham, Iso-Britannia), M. Kubo (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokio, Japani), M. J. Michałowski (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Iso-Britannia), D. Scott (Department of Physics & Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Kanada), M. Spaans (Kapteyn Astronomical Institute, Groningenin yliopisto, Groningen, Alankomaat), J. Simpson (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Iso-Britannia), A. M. Swinbank (Centre for Extragalactic Astronomy, Department of Physics, Durham University, Durham, Iso-Britannia ), Y. Taniguchi (The Open University of Japan, Chiba, Japani), E. van Kampen (ESO, Garching, Saksa), P. Van Der Werf (Leidenin observatorio, Leidenin yliopisto, Leiden, Alankomaat), A. Verma (Oxford Astrophysics, Department of Physics, University of Oxford, Oxford, Iso-Britannia) ja T. Yamada (Astronomical Institute, Tohoku University, Miyagi, Japani).

Kansainvälinen tähtitieteen tutkimuslaitos Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) on ESO:n, U.S. National Science Foundationin (NSF) ja Japanin National Institutes of Natural Sciencesin (NINS)  kumppanuushanke yhteistyössä Chilen kanssa. ALMA:a rahoittavat Euroopan eteläinen observatorio (ESO) jäsenmaidensa puolesta, NSF yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiedeneuvoston (NSC) kanssa sekä Japanin kansalliset luonnontieteelliset instituutit (NINS) yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) ja Korea Astronomy and Space Science Instituten (KASI) 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.

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 ALMA-teleskoopista
• Valokuvia VLT-teleskoopista

Yhteystiedot

Jim Geach
Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire
Hatfield, UK
Sähköposti: j.geach@herts.ac.uk

Matthew Hayes
Stockholm University
Stockholm, Sweden
Puh.: +46 (0)8 5537 8521
Sähköposti: matthew@astro.su.se

Richard Hook
ESO Public Information Officer
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

Tämä on ESO:n lehdistötiedotteen käännös eso1632.