Pressmeddelande

Den mest avlägsna galaxen framträder ur den kosmiska dimman

20 oktober 2010

Ett europeiskt forskarlag har med ESOs Very Large Telescope mätt avståndet till den mest avlägsna galaxen som hittills upptäckts. Genom att noggrannt analysera det svaga skenet av infrarött ljus från galaxen har de upptäckt de ser galaxen som den var när universum bara var 600 miljoner år gammalt (vid en rödförskjutning på 8,6). Det här är första gången som astronomer har lyckats bekräfta att de ser en galax vars ljus håller på att skingra den dimma av vätgas som fyllde kosmos när universum ännu var mycket ungt. Resultaten publiceras i tidskriften Nature den 21 oktober.

Matt Lehnert vid Parisobservatoriet är huvudförfattare till artikeln där resultaten presenteras.
– Genom att använda ESOs Very Large Telescope har vi lyckats bekräfta att en galax som tidigare upptäckts med Hubbleteleskopet är det mest avlägsna objektet som hittills upptäckts i universum [1], säger han.

– Kraften hos VLT och spektrografen SINFONI gör det möjligt för oss att mäta avståndet till den mycket ljussvaga galaxen. Vi finner att vi ser galaxen vid en tidpunkt då universum var yngre än 600 miljoner år, tillägger Matt Lehnert.

Att noggrant studera galaxer i universums barndom är mycket svårt. När deras, till en början, starka ljus till slut når till jorden ser galaxerna ljussvaga och små ut. Dessutom har universums expansion sträckt ut ljusvågorna så att galaxernas svaga sken syns mest i spektrumets infraröda del - effekten kallas rödförskjutning. Vad värre är att universum inte var helt genomskinligt vid den här tiden, mindre än en miljard år efter den stora smällen. Stora delar av rymden fylldes av vätgasdimmor som absorberade den starka strålningen i ultraviolett från unga galaxer. För astronomer går denna tidsepok under namnet återjoniseringens tidsålder [2]. Trots dessa svårigheter upptäckte den nya vidvinkelkameran (WFC3) på NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble tidigare i år flera objekt som bedömdes vara trovärdiga kandidater till att vara galaxer som lyste i det tidiga universum [3]. Att bekräfta avståndet till så ljussvaga och avlägsna galaxer är en svår utmaning och kräver att man med stora teleskop placerade på jordens yta mäter rödförskjutningen hos ljuset från galaxen [4].

Matt Lehnert berättar.
– När det tillkännagavs att Hubble hade hittat kandidatgalaxerna gjorde vi en snabb beräkning och blev exalterade när vi insåg att det skulle vara möjligt att detektera dem med andra teleskop och instrument.

– Vi fann att den utmärkta ljusinsamlingsförmågan hos VLT kombinerat med ljuskänsligheten hos den infraröda spektrografen SINFONI och en lång exponeringstid skulle låta oss inte bara detektera, utan till och med bestämma avståndet till galaxerna, fortsätter han.

Forskarlaget gjorde en särskild ansökan om observationstid hos ESO:s generaldirektör och fick tillgång till VLT för att observera kandidatgalaxen UDFy-38135539 [5] under hela 16 timmar. Efter två månaders noggrann analys och prövningar av resultaten kunde teamet fastslå att de gjort en tydlig detektion av det svaga skenet från vätgas i en galax med en rödförskjutning på 8,6. Detta gör galaxen till den mest avlägsna som upptäckts och vars avstånd dessutom bekräftats med spektroskopiska observationer. En rödförskjutning på 8,6 motsvarar en galax som vi ser blott 600 miljoner år efter den stora smällen.

Medförfattaren Nicole Nesvadba vid Institut d’Astrophysique Spatiale i Frankrike summerar arbetet.
– Det är mycket spännande att kunna mäta avståndet till den mest avlägsna galaxen vi känner till. Men de astrofysikaliska konsekvenserna av upptäckten är ännu mer betydelsefulla. Det är den första gången som vi vet säkert att vi tittar på en av galaxerna som skingrade dimman som fyllde det tidiga universum, säger hon.

Något med upptäckten som överraskat forskarna är att skenet från UDFy-38135539 inte verkar vara tillräckligt starkt för att på egen hand kunna ta sig igenom vätgasdimmorna.

– Det måste finnas andra galaxer i närheten, antagligen mindre och ljussvagare följeslagare till UDFy-38135539, som kan hjälpa till att göra rymden runt galaxen genomskinlig. Utan det extra ljuset från grannarna skulle den ljusstarka centralgalaxen ha dolts av de omgivande vätgasdimmorna och vi skulle inte ha kunnat se den alls, säger Mark Swinbank (Durhams universitet).

Medförfattaren Jean-Gabriel Cuby (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille) kommenterar.
–  Att studera återjoniseringens tidsålder och galaxernas utveckling är att tänja gränsen av vad dagens teleskop och instrument klarar av. Men den här typen av observationer kommer att bli rutin när ESOs E-ELT, som blir det största teleskopet i världen för observationer i optiska och infraröda våglängder, börjar användas.

Göran Östlin, professor i astronomi vid Stockholms universitet, forskar själv om hur galaxer utvecklas.
– Det är spännande att de har lyckats upptäcka den mest avlägsna galaxen. Det visar hur viktigt det är med spektroskopiska observationer för att säkerställa att vi vet vad det är vi tittar på.

Noter

[1] ESO har tidigare rapporterat (eso0405) om ett objekt ännu längre bort (vid en rödförskjutning på 10). Men vid ytterligare observationer misslyckades man att hitta ett objekt med samma ljusstyrka på den platsen. Observationer med NASA/ESAs rymdteleskop Hubble har inte kunnat skingra tveksamheterna. De flesta astronomer anser idag inte längre att detta objekt kan vara en galax med så hög rödförskjutning.

[2] När universum hade svalnat av efter den stora smällen, för ungefär 13,7 miljarder år sedan, började väte bildas när elektroner och protoner slogs ihop. Den kalla mörka vätgasen var universums huvudsakliga beståndsdel under de så kallade kosmiska mörka åren, då det inte fanns några ljuskällor. Denna epok tog slut när de första stjärnorna föddes. Den starka ultravioletta strålningen från den första generationen av stjärnor började långsamt göra vätgasdimman genomskinlig genom att bryta isär väteatomerna till protoner och elektroner igen, en process som kallas för återjonisering. Denna tidsålder i universums barndom varade mellan tiden 150 miljoner år till 800 miljoner år efter den stora smällen. Att förstå hur återjoniseringen ägde rum och hur de allra första galaxerna bildades och utvecklades är en av de stora utmaningarna inom modern kosmologi.

[3] Hubble-observationerna beskrivs här: http://www.spacetelescope.org/news/heic1001/

[4] Det finns två metoder som används av astronomer för att mäta avstånden till de tidigaste galaxerna. De kan ta mycket djupa bilder i olika färger med hjälp av filter och sedan mäta ljusstyrkan hos objektet i de olika våglängdsområdena. Mätningarna kan sen jämföras med vad som förväntas för galaxer av olika typer vid olika tider under universums utveckling. Det här är för närvarande det enda sättet dessa galaxer kan upptäckas på och är den teknik Hubble-forskarlaget använder. Men tekniken är inte alltid tillförlitlig. Det som ser ut som en ljussvag, avlägsen galax kan ibland visa sig bara vara en sval dussinstjärna i vår egen Vintergata.

När man väl har hittat ett objekt kan en bättre uppskattning av avståndet till det göras genom att finfördela ljuset i sina färger och sedan leta efter signifikativa tecken, i form av emissionslinjer, som påvisar förekomsten av vätgas eller andra ämnen i galaxen. Denna spektroskopiska metod är det enda sättet att uppnå de mest trovärdiga och korrekta avståndsuppskattningarna.

[5] Detta underliga namn har sitt ursprung i att galaxen hittades i det område på himlen som kartlades i Ultra Deep Field-projektet. Siffrorna anger dess exakta position på himlen.  

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i artikeln Spectroscopic Confirmation of a Galaxy within the Epoch of Reionisation at z = 8.6, Lehnert m.fl., som publiceras i tidskriften Nature den 21 oktober 2010.

Forskarlaget består av M. D. Lehnert (Observatoire de Paris – Laboratoire GEPI / CNRS-INSU / Université Paris Diderot, Frankrike), N. P. H. Nesvadba (Institut d’Astrophysique Spatiale / CNRS-INSU / Université Paris-Sud, Frankrike), J.-G.Cuby (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille / CNRS-INSU / Université de Provence, Frankrike), A. M. Swinbank (University of Durham, Storbritannien), S. Morris (University of Durham, Storbritannien), B. Clément (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille / CNRS-INSU / Université de Provence, Frankrike), C. J. Evans (UK Astronomy Technology Centre, Edinburgh, Storbritannien), M. N. Bremer (University of Bristol, Storbritannien) and S. Basa (Laboratoire d’Astrophysique de Marseille / CNRS-INSU / Université de Provence, Frankrike).

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 14 länder: Belgien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och VISTA, det största kartläggningsteleskopet. ESO bidrar dessutom till ALMA, ett revolutionerande astronomiskt teleskop och världens hittills största astronomiska projekt. ESO planerar för närvarande bygget av ett 42-meters europeiskt extremt stort teleskop för synligt och infrarött ljus, E-ELT, som kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartikeln: Nature-artikel
• Mer om återjoniseringens tidsålder (på engelska): http://en.wikipedia.org/wiki/Reionization
• Marcelo Alvarez simuleringar av återjoniseringen: http://www.cita.utoronto.ca/~malvarez/index.shtml

Kontakter

Matthew Lehnert
Observatoire de Paris
France
Tel: +33 1 45 07 76 11
E-post: matthew.lehnert@obspm.fr

Nicole Nesvadba
Institut d'Astrophysique Spatiale
Tel: +33 1 69 15 36 54
Mobil: +33 6 28 28 14 26
E-post: nicole.nesvadba@ias.u-psud.fr

Mark Swinbank
Durham University
United Kingdom
Tel: +44 191 334 3786
Mobil: +44 7920 727 126
E-post: a.m.swinbank@durham.ac.uk

Douglas Pierce-Price
ESO Public Information Officer
Garching, Germany
Tel: +49 89 3200 6759
E-post: dpiercep@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1041 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.