Lehdistötiedote

ALMA löysi valtavan, kätketyn turbulenttisen kaasun varaston etäisissä galakseissa

Ensimmäinen havainto CH+ -molekyylistä etäisissä tähtiryöppygalakseissa tarjoaa tietoa maailmankaikkeuden tähtienmuodostushistoriasta

30. elokuuta 2017

ALMA:a on käytetty havaitsemaan etäisiä tähtiryöppygalakseja ympäröiviä kylmän kaasun turbulenttisia varastoja. Havaitsemalla molekyyliä CH+ ensimmäistä kertaa etäisessä maailmankaikkeudessa tämä tutkimus avaa uuden ikkunan tähtienmuodostuksen kriittisen aikakauden tutkimukseen. Tämän molekyylin läsnäolo luo uutta valoa siihen kuinka galaksit kykenevät jatkamaan niiden nopean tähtienmuodostuksen vaihettaan. Tulokset ilmestyvät julkaisusarjassa Nature.

Edith Falgaronen (Ecole Normale Supérieure ja Observatoire de Paris, Ranska) johtama tutkimusryhmä on käyttänyt ALMA-teleskooppia (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) havaitsemaan merkkejä hiilihydridimolekyylistä CH+ [1] etäisissä tähtiryöppygalakseissa [2]. Ryhmä tunnisti CH+:n vahvan signaalin viidessä kuudesta tutkitusta galaksista, mukaanlukien Kosminen silmäripsi (eso1012) [3]. Tämä tutkimus tarjoaa uutta tietoa, joka auttaa tähtitieteilijöitä ymmärtämään galaksien kasvua ja kuinka galaksien ympäristö syöttää tähtienmuodostusta.

"CH+ on erityinen molekyyli. Se tarvitsee paljon energiaa muodostuakseen ja on herkästi reagoiva, mikä tarkoittaa hyvin lyhyttä elinikää eikä se voi kulkeutua kauas. CH+ jäljittää siten kuinka energia virtaa galakseissa ja niiden ympäristössä," sanoi Martin Zwaan, ESO:n tähtitieteilijä, joka osallistui julkaisun kirjoittamiseen.

Sitä kuinka CH+ jäljittää energiaa voidaan verrata siihen trooppisella valtamerellä purjehtivaan veneeseen pimeänä, kuuttomana yönä. Kun olosuhteet ovat oikeat, fluoresoiva planktoni voi valaista veneen ympäristöä. Veden halki lipuvan veneen aiheuttama turbulenssi innostaa planktonin säteilemään valoa, mikä paljastaa alla olevan tumman veden turbulenttisten alueiden olemassaolon. Koska CH+ muodostuu yksinomaan pienillä alueilla, joilla kaasun turbulenttiset liikkeet hajaantuvat, sen havainto jäljittää käytännössä energiaa galaktisessa mittakaavassa.

Havaittu CH+ paljastaa galaksien tähtienmuodostusalueissa alkunsa saamien kuumien, nopeiden galaktisten tuulien tuottamat tiheät shokkiaallot. Nämä tuulet virtaavat galaksin läpi ja puskevat materiaa siitä ulos, mutta niiden turbulenttiset liikkeet ovat sellaisia, että osa materiasta voi tulla itse galaksin gravitaatiovetovoiman uudelleen vangitsemaksi. Tämä materia kerääntyy valtaviin turbulenttisiin viileän, harvan kaasun varastoihin, jotka ulottuvat yli 30 000 valovuotta galaksin tähtienmuodostusalueesta [4].

"CH+:n avulla opimme, että energia varastoituu valtaviin galaksien kokoisiin tuuliin ja päätyy turbulenttisina liikkeinä aikaisemmin kätkettyihin galaksia ympäröivän kylmän kaasun varastoihin," sanoo Falgarone, joka on uuden tutkimusjulkaisun pääkirjoittaja. "Meidän tuloksemme haastavat galaksien evoluution teorian. Ajamalla varastojen turbulenssia, nämä galaktiset tuulet jatkavat tähtiryöppyvaihetta sen sammuttamisen sijaan."

Tutkimusryhmä päätteli, että galaktiset tuulet eivät yksin kykene täydentämään vast'ikään paljastuneita kaasuvarastoja ja ehdottavat, että massaa tarjoavat galatiset yhteensulautumiset tai piilottelevien kaasuvirtojen kertymät, kuten nykyinen teoria ennustaa.

"Tämä havainto edustaa merkittävää askelta eteenpäin ymmärtämyksessämme siitä kuinka sisäänvirtaava materia on säännelty kaikkein intensiivisimmissä varhaisen maailmankaikkeuden tähtiryöppygalakseissa," sanoo ESO:n tiedejohtaja Rob Ivison, joka toimi tutkimusjulkaisun yhtenä kirjoittajana. "Se osoittaa, mitä voidaan saavuttaa, kun erilaisten tieteenalojen tiedemiehet tulevat yhteen hyödyntämään maailman tehokkaimman teleskoopin mahdollisuuksia."

Lisähuomiot

[1] CH+ on kemistien metyylidiniumiksi kutsuman CH-molekyylin ioni. Se on yksi kolmesta ensimmäisestä molekyylistä, jotka on havaittu tähtienvälisessä aineessa. Sen varhain 1940-luvulla tapahtuneen havaitsemisen jälkeen CH+:n olemassaolo tähtienvälisessä avaruudessa on ollut arvoitus, koska se on äärimmäisen herkästi reagoiva ja siten katoaa nopeammin kuin muut molekyylit.

[2] Nämä galaksit tunnetaan paljon nopeammasta tähtienmuodostuksesta kuin rauhalliset Linnunradan kaltaiset galaksit, mikä saa nämä rakenteet ihanteellisiksi tutkittaessa galaksien kasvua ja kaasun, tomun, tähtien ja galaksien keskustojen mustien aukkojen vuorovaikutusta.

[3] ALMA:a käytettiin otettaessa spektri kustakin galaksista. Spektri on tyypillisesti tähtitieteellisestä kohteesta havaitun valon tallenne, joka on hajoitettu eri väreihin (tai aallonpituuksiin) samaan tapaan kuin sadepisarat hajoittavat valoa muodostaessaan sateenkaaren. Koska jokaisella alkuaineella on ainutkertainen "sormenjälki" spektrissä, spektrejä voidaan käyttää määrittämään havaittujen kohteiden kemiallinen koostumus.

[4] Nämä diffuusin kaasun turbulenttiset varastot saattavat olla samankaltaisia kuin etäisten kvasaarien ympärillä nähtävät hohtavat jättihalot.

Lisätietoa

Tätä tutkimusta on esitelty tutkimusjulkaisussa "Large turbulent reservoirs of cold molecular gas around high redshift starburst galaxies”, jonka kirjoittivat E. Falgarone et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Nature 30. elokuuta 2017.

Tutkimusryhmään kuuluvat E. Falgarone (Ecole Normale Supérieure ja Observatoire de Paris, Ranska), M.A. Zwaan (ESO, Saksa), B. Godard (Ecole Normale Supérieure ja Observatoire de Paris, Ranska), E. Bergin (University of Michigan, USA), R.J. Ivison (ESO, Saksa; University of Edinburgh, Iso-Britannia), P. M. Andreani (ESO, Saksa), F. Bournaud (CEA/AIM, Ranska), R. S. Bussmann (Cornell University, USA), D. Elbaz (CEA/AIM, Ranska), A. Omont (IAP, CNRS, Sorbonne Universités, Ranska), I. Oteo (University of Edinburgh, Iso-Britannia; ESO, Saksa) ja F. Walter (Max-Planck-Institut für Astronomie, Saksa).

ALMA on kansainvälinen Euroopan, Pohjois-Amerikan ja Itä-Aasian kumppanuushanke yhteistyössä Chilen tasavallan kanssa. ALMA:a rahoittaa Euroopassa Euroopan eteläinen observatorio (ESO), Pohjois-Amerikassa Yhdysvaltain kansallinen tiedesäätiö (NSF) yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiedeneuvoston (NSC) kanssa sekä Itä-Aasiassa Japanin kansalliset luonnontiedeinstituutit (NINS) yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) ja Korean tähtitieteen ja avaruustieteiden instituutin (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 ELT -teleskooppia (Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu julkaisusarjassa Nature
• Valokuvia ALMA:sta

Yhteystiedot

Edith Falgarone
Ecole Normale Supérieure — Observatoire de Paris
Paris, France
Puh.: +33 01 4432 3347
Sähköposti: edith.falgarone@ens.fr

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