Lehdistötiedote

Muinainen tähtitomu valottaa ensimmäisten tähtien taustaa

Etäisin milloinkaan ALMA:lla havaittu kohde

8. maaliskuuta 2017

ALMA:a käyttäneet tähtitieteilijät ovat havainneet valtavan, hohtavassta tähtitomusta koostuvan kohteen galaksissa, joka nähdään, kun maailmankaikkeus oli vain neljä prosenttia nykyisestä iästään. Tämä galaksi havaittiin pian muodostumisensa jälkeen ja on etäisin galaksi, josta on havaittu tomua. Tämä havainto on myös etäisin havainto hapesta maailmankaikkeudessa. Nämä uudet tulokset tarjoavat upouuden oivalluksen ensimmäisten tähtien syntymään ja räjähtävään kuolemaan.

University College London -yliopiston tutkija Nicolas Laporten johtama kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä on käyttänyt ALMA-teleskooppia (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) havaitakseen kohdetta A2744_YD4, joka on nuorin ja kaukaisin ALMA:n milloinkaan näkemä kohde. He huomasivat yllätyksekseen, että tässä nuorekkaassa galaksissa oli runsaasti tähtienvälistä tomua — tomua, joka muodostuu varhaisempien tähtisukupolvien kuoleman myötä.

ESO:n VLT-teleskoopin X-shooter -havaintolaitteella tehdyt jatkohavainnot vahvistivat galaksin A2744_YD4 suunnattoman etäisyyden. Galaksi näyttäytyy meille sellaisena kuin se oli maailmankaikkeuden ollessa vain 600 miljoonan vuoden ikäinen — aikana, jolloin ensimmäiset tähdet ja galaksit olivat muodostumassa [1].

"A2744_YD4 ei ole vain kaikkein etäisin ALMA:lla tähän mennessä havaittu galaksi," kommentoi Nicolas Laporte, "mutta niin suuren määrän tomua havaitseminen viittaa siihen, että varhaiset supernovat olivat jo saastuttaneet tämän galaksin."

Kosminen tomu koostuu lähinnä piistä, hiilestä ja alumiinista, halkaisijaltaan miljoonasosan senttimetristä hiukkasina. Näiden hiukkasten alkuaineet muodostuvat tähtien sisuksissa ja leviävät kosmokseen tähtien kuollessa, näyttävimmin supernovaräjähdyksissä, jotka ovat lyhytikäisten, massivisten tähtien lopullinen kohtalo. Nykyään tätä tomua on runsaasti ja se on avainasemassa muodostettaessa tähtiä, planeettoja ja monimutkaisia molekyylejä, mutta varhaisessa maailmankaikkeudessa — ennen kuin ensimmäiset tähtisukuppolvet kuolivat — sitä oli harvassa.

Tomuisasta galaksista A2744_YD4 olivat mahdollisia, koska tämä galaksi sijaitsee nimellä Abell 2744 tunnetun massiivisen galaksijoukon takana [2]. Gravitaatiolinssiksi kutsutun ilmiön johdosta galaksijoukko toimi jättimäisenä kosmisena "teleskooppina" suurentaen etäisemmän galaksin A2744_YD4 noin 1.8-kertaiseksi. Siten tutkijaryhmä saattoi kurkistaa kauas varhaiseen maailmankaikkeuteen.

ALMA-havainnoista löydettiin myös galaksin A2744_YD4 ionisoituneen hapen säteilyä. Tämä on kaikkein etäisin ja siten varhaisin havainto hapesta maailmankaikkeudessa, ohittaen toisen ALMA-tuloksen vuodelta 2016.

Tomun havainto varhaisessa maailmankaikkeudessa tarjoaa uutta tietoa siitä milloin ensimmäiset supernovat räjähtivät ja siten ajasta, jolloin ensimmäiset kuumat tähdet loivat valonsa maailmankaikkeuteen. Tämän "kosmisen aamunkoiton" ajan määrittäminen on yksi modernin tähtitieteen graalin maljoja ja sitä voidaan epäsuoraan luodata varhaisen tähtienvälisen tomun tutkimuksin.

Tutkijaryhmä arvioi, että galaksissa A2744_YD4 on tomua kuuden miljoonan Auringon massan verran. Galaksin kokonaismassa eli kaikkien sen tähtien massa oli kaksi miljardia kertaa Aurinkomme massa. Tutkijaryhmä mittasi myös tähtienmuodostuksen nopeuden galaksissa A2744_YD4 ja totesi, että tähtiä muodostui noin 20 Auringon massan verran vuodessa, mitä voi verrata Linnunradan yhteen Auringon massaan vuodessa [3].

"Tämä määrä ei ole epätavallinen näin etäiselle galaksille, mutta se valottaa tomun muodostumisen nopeutta galaksissa A2744_YD4," selittää yksi tutkimuksen kirjoittajista, Richard Ellis (ESO ja University College London). "Hämmästyttävää kyllä, vaadittava aika on vain noin 200 miljoonaa vuotta, joten näemme tämän galaksin pian sen muodostumisen jälkeen."

Tämä tarkoittaa, että merkittävä tähtienmuodostus alkoi suunnilleen 200 miljoonaa vuotta ennen aikakautta, jona galaksia havaitaan. Tämä tarjoaa hyvän mahdollisuuden ALMA:lle auttaa tutkimusta ajanjaksosta, jolloin ensimmäiset tähdet ja galaksit "käynnistyivät" eli varhaisinta tähän mennessä tutkittua aikakautta. Aurinkomme, planeettamme ja olemassaolomme ovat, nyt 13 miljardia vuotta myöhemmin, tuloksia tästä ensimmäisestä tähtisukupolvesta. Tutkimalla niiden muodostumista, elämää ja kuolemaa tutkimme omaa alkuperäämme.

"ALMA:n avulla mahdollisuudet suorittaa syvempiä ja laajempia havaintoja näiden varhaisien aikojen vastaavista galakseista ovat hyvin lupaavia," sanoo Ellis.

Laporte päättää: "Tämänkaltaiset jatkotutkimukset tarjoavat jännittävän näköalan varhaisen tähtienmuodostuksen jäljittämiseen ja raskaampien alkuaineiden muodostumiseen jopa vieläkin varhaisemmassa maailmankaikkeudessa."

Lisähuomiot

[1] Tämä aika vastaa punasiirtymää z=8.38, reionisaationa tunnetun ajanjakson aikana.

[2] Abell 2744 on massiivinen kohde. Se sijaitsee 3.5 miljardin valovuoden etäisyydellä (punasiirtymällä 0.308) ja sen ajatellaan olevan tulosta neljän pienemmän galaksijoukon törmäämisestä. Se on saanut lisänimen Pandoran galaksijoukko noin 350 miljoonaa vuotta kestäneiden valtavien törmäysten aikaansaamien lukuisten outojen ja erilaisten ilmiöiden johdosta. Vain noin viisi prosenttia galaksijoukon massasta tulee galakseista, siinä missä pimeä aine koostaa 75 prosenttia siitä tuottaen massiivisen gravitaatiovaikutuksen, joka vaaditaan taustan galaksien valon taivuttamiseen ja suurentamiseen. Loput 20 prosenttia kokonaismassasta koostunee kuumasta kaasusta.

[3] Tämä nopeus tarkoittaa, että joka vuosi muodostuvien tähtien yhteenlaskettu massa vastaa 20 kertaa Auringon massaa.

Lisätietoa

Tätä tutkimusta on esitelty tutkimusjulkaisussa “Dust in the Reionization Era: ALMA Observations of a z =8.38 Gravitationally-Lensed Galaxy”, jonka kirjoittivat Laporte et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa The Astrophysical Journal Letters.

Tutkimusryhmään kuuluvat N. Laporte (University College Lontoo Iso-Britannia), R. S. Ellis (University College London, Iso-Britannia; ESO, Garching, Saksa), F. Boone (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), Toulouse, Ranska), F. E. Bauer (Pontificia Universidad Católica de Chile, Instituto de Astrofísica, Santiago, Chile), D. Quénard (Queen Mary University of London, Lontoo, Iso-Britannia), G. Roberts-Borsani (University College London, Iso-Britannia), R. Pelló (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), Toulouse, Ranska), I. Pérez-Fournon (Instituto de Astrofísica de Canarias, Teneriffa, Espanja; Universidad de La Laguna, Teneriffa, Espanja), ja A. Streblyanska (Instituto de Astrofísica de Canarias, Teneriffa, Espanja; Universidad de La Laguna, Teneriffa, Espanja).

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

Yhteystiedot

Nicolas Laporte
University College London
United Kingdom
Puh.: +44 2 035 495 802
Matkapuhelin: +44 7452 807 591
Sähköposti: n.laporte@ucl.ac.uk

Richard Ellis
ESO
Garching bei München, Germany
Puh.: +44 7885 403334
Matkapuhelin: +49 151 629 56829
Sähköposti: rellis@eso.org

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