Lehdistötiedote

Supermassiivisten mustien aukkojen virtauksissa syntyneet tähdet

ESO:n VLT-teleskooppi havaitsi uudentyyppistä tähtien muodostusta

27. maaliskuuta 2017

ESO:n VLT-teleskoopilla tehdyt havainnot ovat paljastaneet galaksien ytimissä olevien supermassiivisten mustien aukkojen ympäristöstä ulos syöksyvissä mahtavissa materiavirtauksissa muodostuvia tähtiä. Nämä ovat ensimmäiset vahvistetut havainnot tämänkaltaisissa äärimmäisissä ympäristöissä muodostuvista tähdistä. Löydöllä on monia seurauksia ymmärtämyksellemme galaksien ominaisuuksista ja evoluutiosta. Tulokset julkaistaan julkaisusarjassa Nature.

Brittien johtama eurooppalaisten tähtitieteilijöiden ryhmä käytti Chilessä sijaitsevan, ESO:n Paranalin observatorion VLT-teleskoopin (Very Large Telescope) MUSE- ja X-shooter -havaintolaitteita tutkiakseen noin 600 miljoonan valovuoden etäisyydellä sijaitsevien, yhteisesti nimellä IRAS F23128-5919 tunnettujen, kahden galaksin meneillään olevaa yhteentörmäystä. Tutkimusryhmä havaitsi parin eteläisemmän galaksin ytimessä sijaitsevan supermassiivisen mustan aukon lähistöltä lähtöisin olevia jättimäisiä materian ulosvirtauksia. He havaitsivat ensimmäiset selvät todisteet tähtien synnystä virroissa [1].

Tällaisia galaktisia ulosvirtauksia aiheuttaa galaksien aktiivisten ja pyörteisten keskustojen valtava energiantuotanto. Useimpien galaksien ytimessä piilottelee supermassiivinen musta aukko, joka materiaa hotkiessaan myös kuumentaa ympäröivää kaasua ja sylkee sitä emogalaksistaan voimakkaissa ja tiheissä virtauksissa [2].

"Tähtitieteilijät ovat ajatelleet jonkin aikaa, että näiden ulosvirtausten olosuhteet saattavat olla oikeat tähtien muodostumiselle, mutta kukaan ei ole nähnyt sitä itse teossa, sillä kyseessä olevia havaintoja on hyvin hankala tehdä," kommentoi tutkimusryhmän johtaja Roberto Maiolino Cambridgen yliopistosta. "Meidän tuloksemme ovat jännittäviä, koska ne osoittavat yksiselitteisesti, että näissä virtauksissa muodostuu tähtiä."

Tutkimusryhmä pyrki tutkimaan suoraan virtausten tähtiä sekä niitä ympäröivää kaasua. Käyttäen kahta maailman johtavaa VLT:n spektroskooppista havaintolaitetta, MUSE ja X-shooter, he saattoivat suorittaa hyvin yksityiskohtaisia tutkimuksia valon ominaisuuksista määrittääkseen sen lähteen.

Nuorten tähtien säteilyn tiedetään aiheuttavan läheisten kaasupilvien hohtamista erityisellä tavalla. X-shooter -havaintolaitteen äärimmäisen herkkyyden ansiosta tutkimusryhmä saattoi sulkea pois muita mahdollisia tämän hohteen syitä, mukaanlukien kaasushokit ja galaksin aktiivisen ytimen.

Tutkimusryhmä teki sitten kiistattoman suoran havainnon vastasyntyneestä tähtipopulaatiosta virtauksessa [3]. Näiden tähtien ajatellaan olevan jokusta kymmentä miljoonaa vuotta nuorempia ja alustava analyysi antaa ymmärtää, että ne ovat kuumempia ja kirkkaampia kuin galaksin kiekon kaltaisissa vähemmän äärimmäisissä ympäristöissä syntyneet tähdet.

Lisätodisteeksi tähtitieteilijät määrittivät myös näiden tähtien liikkeen ja nopeudet. Useimpien alueen tähtien valo osoittaa niiden kulkevan hyvin suurilla nopeuksilla poispäin galaksin keskustasta — aivan kuten voisi olettaa kohteilta, jotka ovat nopeasti liikkuvan materian virtauksessa.

Yksi julkaisun kirjoittajista, Helen Russell Iso-Britannian Cambridgen Tähtitieteen laitokselta avartaa: "Virtauksessa lähellä galaksin keskustaa muodostuvat tähdet saattavat hidastua ja jopa alkaa liikkua sisäänpäin, mutta ulompana virtauksessa muodostuvat tähdet kokevat vähemmän hidastumista ja voivat jopa lentää kokonaan ulos galaksista."

Havainto tarjoaa uutta ja jännittävää tietoa, joka saattaa edesauttaa ymmärtämystämme osasta astrofysiikkaa, mukaanlukien kuinka jotkin galaksit saavat muotonsa [4], kuinka galaksienvälinen avaruus saa runsaasti raskaita alkuaineita [5] ja jopa mistä selittämätön kosminen infrapunataustasäteily on lähtöisin [6].

Maiolino on innoissaan tulevaisuudesta: "Jos tähtienmuodostusta todella tapahtuu useimmissa galaksien ulosvirtauksissa, kuten jotkin teoriat ennustavat, tämä tarjoaisi kokonaan uuden skenaarion ymmärtämyksellemme galaksien evoluutiosta."

Lisähuomiot

[1] Tähtiä muodostuu ulosvirtauksissa hyvin nopeaa tahtia. Tähtitieteilijät sanovat, että kaikkiaan 30 Auringon massan verran uusia tähtiä muodostuu joka vuosi. Tämä kattaa yli neljänneksen kaikesta tähtienmuodostuksesta koko yhteensulautuvien galaksien järjestelmässä.

[2] Kaasun poistuminen galaksista ulosvirtausten mukana johtaa vähäkaasuisiin ympäristöihin galaksissa, mikä saattaa selittää miksi jotkin galaksit lopettavat uusien tähtien muodostuksen ikääntyessään. Vaikka nämä ulosvirtaukset ovat todennäköisimmin massiivisten keskustan mustien aukkojen aikaansaamia, on myös mahdollista, että virtaukset ovat seurausta rajua tähtienmuodostusta kokevien tähtiryöppy-ytimien supernovista.

[3] Tämä saatiin aikaan havaitsemalla nuorille tähtipopulaatioille tyypillisiä ilmiöitä sekä määrittämällä nopeassa virtauksessa syntyneiltä tähdiltä oletettu virtauksen nopeusmalli.

[4] Spiraaligalakseilla on ilmeinen kiekkorakenne, jonka keskustassa on laajentunut tähtien keskuspullistuma. Kiekkoa ympäröi haloksi kutsuttu hajanainen tähtien pilvi. Elliptiset galaksit koostuvat pääasiassa tästä pallomaisesta osasta. Pääkiekosta ulos sinkoavat virtauksen tähdet saattavat saada aikaan nämä galaktiset piirteet.

[5] Kuinka avaruus galaksien välillä — galaksienvälinen aine — rikastuu raskaista alkuaineista on yhä avoin kysymys, mutta virtaustähdet saattavat tarjota vastauksen. Jos ne on viskattu ulos galaksista ja sitten räjähtävät supernovina, niiden sisältämät raskaat alkuaineet saattavat levitä tähän aineeseen.

[6] Paljon kuuluisamman kosmisen mikroaaltotaustasäteilyn kaltainen kosminen infrapunataustasäteily on spektrin infrapuna-alueen himmeä hohde, jota näyttäisi tulevan kaikista avaruuden suunnista. Sen alkuperää lähi-infrapunasäteilyn aallonpituusalueilla ei kuitenkaan ole milloinkaan luotettavasti varmennettu. Galaksienväliseen avaruuteen singonnut virtaustähtien populaatio saattaa tuoda oman lisänsä tähän säteilyyn.

Lisätietoa

Tätä tutkimusta on esitelty tutkimusjulkaisussa “Star formation in a galactic outflow”, jonka kirjoittivat Maiolino et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Nature 27. maaliskuuta 2017.

Tutkimusryhmään kuuluvat R. Maiolino (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Iso-Britannia), H.R. Russell (Institute of Astronomy, Cambridge, Iso-Britannia), A.C. Fabian (Institute of Astronomy, Cambridge, Iso-Britannia), S. Carniani (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Iso-Britannia), R. Gallagher (Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Iso-Britannia), S. Cazzoli (Departamento de Astrofisica-Centro de Astrobiología, Madrid, Espanja), S. Arribas (Departamento de Astrofisica-Centro de Astrobiología, Madrid, Espanja), F. Belfiore ((Cavendish Laboratory; Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Iso-Britannia), E. Bellocchi (Departamento de Astrofisica-Centro de Astrobiología, Madrid, Espanja), L. Colina  (Departamento de Astrofisica-Centro de Astrobiología, Madrid, Espanja), G. Cresci (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Italia), W. Ishibashi (Universität Zürich, Zürich, Sveitsi), A. Marconi (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Italia), F. Mannucci (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Italia), E. Oliva (Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Firenze, Italia), ja E. Sturm (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik, Garching, Saksa).

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 julkaisusarjassa Nature
• Valokuvia VLT-teleskoopista

Yhteystiedot

Roberto Maiolino
Cavendish Laboratory, Kavli Institute for Cosmology
University of Cambridge, UK
Sähköposti: r.maiolino@mrao.cam.ac.uk

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 eso1710.