Lehdistötiedote

ALMA ja VLT löysivät todisteita vain 250 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen muodostuneista tähdistä

16. toukokuuta 2018

Tähtitieteilijät ovat käyttäneet ALMA-teleskoopin (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) ja ESO:n VLT-teleskoopin (Very Large Telescope) määrittääkseen, että tähtienmuodostus hyvin etäisessä galaksissa MACS1149-JD1 alkoi odottamattoman varhaisessa vaiheessa, vain 250 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Tämä läytö edustaa myös kaikkein etäisintä happea, joka on milloinkaan havaittu maailmankaikkeudesta ja etäisintä galaksia, jota on havaittu ALMA:lla tai VLT:llä. Tulokset ilmestyvät julkaisusarjassa Nature 17. toukokuuta 2018.

Kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä käytti ALMA-teleskoopia havaitakseen etäistä galaksia MACS1149-JD1. He havaitsivat galaksista hyvin himmeää ionisoituneen hapen säteilemää hohdetta. Tämän infrapunavalon matkatessa avaruuden halki, maailmankaikkeuden laajeneminen venytti sen yli kymmenen kertaa pitemmille aallonpituuksille siihen mennessä, kun se saavutti Maan ja havaittiin ALMA:lla. Tutkimusryhmä teki johtopäätöksen, että signaali säteiltiin 13.3 miljardia vuotta sitten (eli 500 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen), mikä teki sen etäisimmäksi milloinkaan millään teleskoopilla havaituksi hapeksi [1]. Hapen olemassaolo on selvä merkki siitä, että tässä galaksissa on täytynyt olla aikaisempia tähtisukupolvia.

"Olin innoissani nähdessäni signaalin etäisestä hapesta ALMA-havaintoaineistossa," sanoi Takuya Hashimoto, uuden tutkimusjulkaisun pääkirjoittaja ja sekä Osaka Sangyo -yliopiston että Japanin kansallisen tähtitieteen observatorion tutkija. "Tämä havainto puskee loitommas havaittavan maailmankaikkeuden rajoja."

ALMA:n havaitseman hapen hohteen lisäksi ESO:n VLT-teleskoopilla (Very Large Telescope) havaittiin myös heikompaa vedyn säteilyä. Tästä havainnosta määritetty galaksin etäisyys on yhteensopiva happihavainnosta saadun etäisyyden kanssa. Tämä saa galaksin MACS1149-JD1 etäisimmäksi, jolla on tarkka etäisyysmääritys ja etäisimmäksi, jota on milloinkaan havaittu ALMA:lla tai VLT:llä.

"Tämä galaksi nähdään aikana, jolloin maailmankaikkeus oli vain 500 miljoonan vuoden ikäinen ja silti sillä on jo varttuneiden tähtien populaatio," selittää Nicolas Laporte, brittiläisen University College London (UCL):n tutkija ja uuden tutkimusjulkaisun toinen kirjoittaja. "Me kykenemme siten käyttämään tätä galaksia luotaamaan aikaisempaa, täysin kartoittamatonta kosmisen historian aikakautta."

Alkuräjähdystä seurasi aika, jolloin maailmankaikkeudessa ei ollut happea. Se muodostui ensimmäisten tähtien fuusioprosesseissa ja vapautui sitten näiden tähtien kuollessa. Hapen löytäminen galaksista MACS1149-JD1 osoittaa, että nämä varhaisemmat tähtisukupolvet olivat jo muodostuneet ja karkoittaneet hapen vain 500 miljoonaa maailmankaikkeuden alun jälkeen.

Mutta milloin tämä varhaisempi tähtienmuodostus tapahtui? Sen selvittääkseen tutkimusryhmä rekonstruoi MACS1149-JD1:n varhaisemman historian käyttäen NASA:n ja ESA:n Hubble-avaruusteleskoopin sekä NASA:n Spitzer-avaruusteleskoopin infrapunahavaintoaineistoa. He huomasivat, että galaksin havaittu kirkkaus voidaan selittää hyvin mallilla, jossa tähtienmuodostuksen alku vastaa vain 250 miljoonan vuoden ikäistä maailmankaikkeutta [2].

Galaksissa MACS1149-JD1 havaittujen tähtien kehittyneisyys nostaa esiin kysymyksen siitä, milloin kaikkein ensimmäiset galaksit ilmaantuivat täydellisestä pimeydestä, ajanjaksona, jota tähtitieteilijät romanttisesti kutsuvat nimellä "kosminen aamunkoitto". Määrittämällä MACS1149-JD1:n iän, tutkimusryhmä on käytännössä osoittanut, että galakseja oli olemassa aikaisemmin kuin ne, joita tällä hetkellä voidaan suoraan havaita.

Richard Ellis, UCL:n vanhempi tutkija ja yksi tutkimusjulkaisun kirjoittajista päättää: "Määrittämällä milloin kosminen aamunkoitto tapahtui on verrannollinen kosmologian ja galaksien muodostuksen Graalin maljaan. Näiden uusien MACS1149-JD1 -havaintojen myötä me pääsemme lähemmäs tähtien valon synnyn suoraa todistamista! Koska me kaikki koostumme jalostetusta tähtimateriasta, tämä todella tarkoittaa oman alkuperämme selvittämistä."

Lisähuomiot

[1] ALMA on saavuttanut ennätyksen etäisimmästä havaitusta hapesta useita kertoja. Vuonna 2016 Osaka Sangyo -yliopiston Akio Inoue käytti kollegoineen ALMA:a löytääkseen signaalin 13.1 miljardia vuotta sitten säteillystä hapen signaalista. Joitakin kuukausia myöhemmin Nicolas Laporte (University College London) käytti ALMA:a löytääkseen happea 13.2 miljardin vuoden takaa. Nyt kaksi ryhmää yhdistivät ponnistuksensa ja saavuttivat tämän uuden ennätyksen, joka vastaa punasiirtymää 9.1.

[2] Tämä vastaa punasiirtymää noin 15.

Lisätietoa

Tätä tutkimusta on esitelty tutkimusjulkaisussa "The onset of star formation 250 million years after the Big Bang", jonka kirjoittivat T. Hashimoto et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Nature 17. toukokuuta 2018.

Tutkimusryhmään kuuluvat Takuya Hashimoto (Osaka Sangyo University/National Astronomical Observatory of Japan, Japani), Nicolas Laporte (University College London, Iso-Britannia), Ken Mawatari (Osaka Sangyo University, Japani), Richard S. Ellis (University College London, Iso-Britannia), Akio. K. Inoue (Osaka Sangyo University, Japani), Erik Zackrisson (Uppsalan yliopisto, Ruotsi), Guido Roberts-Borsani (University College London, Iso-Britannia), Wei Zheng (Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland, Yhdysvallat), Yoichi Tamura (Nagoya University, Japani), Franz E. Bauer (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), Thomas Fletcher (University College London, Iso-Britannia), Yuichi Harikane (The University of Tokyo, Japani), Bunyo Hatsukade (The University of Tokyo, Japani), Natsuki H. Hayatsu (The University of Tokyo, Japani; ESO, Garching, Saksa), Yuichi Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan/SOKENDAI, Japani), Hiroshi Matsuo (National Astronomical Observatory of Japan/SOKENDAI, Sapporo, Japani), Takashi Okamoto (Hokkaido University, Sapporo, Japani), Masami Ouchi (The University of Tokyo, Japani), Roser Pelló (Université de Toulouse, Ranska), Claes-Erik Rydberg (Universität Heidelberg, Saksa), Ikkoh Shimizu (Osaka University, Japani), Yoshiaki Taniguchi (The Open University of Japan, Chiba, Japani), Hideki Umehata (The University of Tokyo, Japani) ja Naoki Yoshida (The University of Tokyo, Japani).

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja ylivoimaisesti maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 15 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta, joiden lisäksi Chile toimii laitteistojen sijoitusmaana ja Australia strategisena kumppanina. 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 VLT-teleskooppi (Very Large Telescope) ja siihen liittyvä, maailmanlaajuisesti johtava VLTI-interferometri, sekä kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja VST-teleskooppi näkyvän valon aallonpituuksilla. ESO on myös merkittävä kumppani kahdessa Chajnantorin laitteistossa, APEX-teleskoopissa ja ALMA-teleskoopissa, joka on maailman suurin tähtitieteellinen projekti. 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 VLT-teleskoopista
• Valokuvia ALMA-teleskoopista

Yhteystiedot

Nicolas Laporte
University College London
London, United Kingdom
Puh.: +44 7452 807 591
Sähköposti: n.laporte@ucl.ac.uk

Richard Ellis
University College London
London, United Kingdom
Puh.: +44 7885 403 334
Sähköposti: richard.ellis@ucl.ac.uk

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
Sähköposti: pio@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