Pressmeddelande

Universums mörka galaxer skymtas för första gången

11 juli 2012

En okänd fas i galaxernas utveckling har skymtats för första gången. Så kallade mörka galaxer har förutspåtts av teoretiker men aldrig tidigare observerats. Galaxerna innehåller stora mängder gas men i stort sett inga stjärnor. Ett internationellt forskarteam har nu med ESO:s teleskop VLT upptäckt skenet från dessa svårfångade galaxer som lyser på grund av strålning från en närliggande kvasar.

Mörka galaxer är små, gasrika galaxer i det unga universum som bara mycket ineffektivt lyckas bilda stjärnor. Enligt teorier om galaxbildning borde sådana galaxer finnas, och dessutom vara byggstenarna till dagens ljusstarka, stjärnfyllda galaxer. Astronomer tror att det är ur gas från sådana små galaxer som stjärnorna i dagens stora galaxer kan ha bildats.

Eftersom de väsentligen saknar stjärnor sänder dessa mörka galaxer inte ut mycket ljus. Detta gör dem mycket svåra att hitta. Under många år har astronomerna försökt utveckla nya tekniker som skulle kunna bekräfta att de finns. Tecken på mörka galaxer har tidigare setts som svaga absorptioner i spektrum som uppmätts av ljusa källor bakom de mörka galaxerna. Men nu har man för första gången direkt kunnat se galaxernas eget ljus.

Simon Lilly (ETH i Zurich, Schweiz) är med i teamet.

- Vårt tillvägagångssätt för att hitta en mörk galax var helt enkelt att belysa den med en stark ljuskälla. Vi letade efter fluorescerande ljus från gasen i de mörka galaxerna när de belyses av ultraviolett ljus från en närliggande, ljusstark kvasar. Ljuset från kvasaren lyser upp galaxen ungefär på samma sätt som när vita kläder lyser i UV-ljus på en nattklubb. [1]

Tack vare den stora ytan och känsligheten hos jätteteleskopet VLT och ett stort antal långa exponeringar lyckades teamet detektera den mycket svaga signalen från de mörka galaxerna. De använde instrumentet FORS2 och observerade ett område på himlen omkring en ljusstark kvasar [2] med beteckningen HE 0109-3518. Där letade de efter ultraviolett ljus som sänds ut av vätgas när den belyses av intensiv strålning. Universums expansion gör att det ultravioletta ljuset kan upptäckas som violett ljus när det når VLT. [3]

- Efter flera år av försök att detektera fluorescent ljus från mörka galaxer, visar nu våra resultat potentialen hos vår metod för att upptäcka och studera dessa fascinerade och tidigare osynliga objekt, säger Sebastiano Cantalupo (University of California, Santa Cruz), som lett studien.

Teamet fann tecken på nästan 100 gasrika objekt inom några miljoner ljusårs avstånd från kvasaren. Forskarna plockade bort de objekt där strålningen skulle kunna alstrats i områden inom galaxerna där nya stjärnor bildas, istället från av ljus från kvasaren. Efter denna noggranna analys återstod till slut tolv objekt. Dessa tolv kandidater till mörka galaxer är de mest övertygande exemplar i det unga universum som hittills upptäckts.

Astronomerna kunde också bestämma några av de mörka galaxernas egenskaper. De uppskattar att varje galax innehåller gas med en massa på cirka en miljard gånger solens massa; det är ungefär som väntat för små galaxer med stora mängder gas i det tidiga universum. De kunde också fastställa att galaxerna bildar nya stjärnor i en takt som är en hundradel av det man ser i de galaxer vid samma tid i universums utveckling där ny stjärnbildning är vanligt. [4]

- Våra observationer med VLT har gett oss bevis för kompakta och isolerade mörka gasmoln. Med den här studien har vi tagit ett viktigt steg mot att visa och förstå galaxbildningens svåråtkomliga tidiga stadier, samt frågan om hur galaxerna fått sin gas, sammanfattar Sebastiano Cantalupo.

Ett nytt instrument, den tredimensionella spektrografen MUSE, som installeras på VLT under 2013, kommer att bli ett mycket kraftfullt redskap för att studera dessa objekt.

Noter

[1] Med fluorescens menas att ljus sänds ut från ett ämne när det belyses av en ljuskälla. I de flesta fall har det fluorescenta ljuset från ämnet längre våglängd än det från ljuskällan. Till exempel omvandlar fluorescerande lysrör ultraviolett ljus - som är osynligt för oss - till synligt ljus. Fluorescens sker naturligt i vissa sammansatta material, till exempel stenar och mineraler, men effekten kan också uppnås på konstgjord väg. Ett exempel på detta är vissa tvättmedel som innehåller fluorescerande ämnen som gör att vita kläder verkar vara ännu vitare i vanligt ljus.

[2] Kvasarer är avlägsna galaxer som lyser starkt tack vare supertunga svarta hål i galaxernas mitt. Eftersom dessa kraftfulla fyrbåkar kan lysa upp sin omgivning, används de av astronomer för att undersöka tiden i universums historia då de första stjärnorna och galaxerna bildades från universums ursprungliga gas.

[3] Den här strålningen från vätgas kallas Lyman-alfa och är en nyans av ultraviolett ljus. Den produceras då elektronerna i väteatomerna faller från den näst lägsta till atomens lägsta energinivå. På grund av universums expansion förlängs våglängden för ljus som skickats ut från avlägsna objekt när det färdas genom rymden. Ju längre ljuset färdas, desto mer förlängs dess våglängd. Den här processen gör att att ljusets våglängd förflyttas mot den röda delen av spektrumet (rött ljus motsvarar den längsta våglängden som vi kan se med våra ögon) - därav namnet “rödförskjutning”. Kvasaren HE 0109-3518 har en rödförskjutning på 2,4 (z = 2,4), vilket gör att det ultravioletta ljuset från de mörka galaxerna skiftas in i spektrumets synliga del. Ett smalbandigt filter specialtillverkades för att isolera den specifika vågländen dit det fluorescerande ljuset rödförskjutits. Filtret släpper bara igenom ljus med väglängd kring 414,5 nanometer (det motsvarar en lila färg) för att kunna se just Lyman-alfa strålning rödförskjuten från z=2,4. Filtret har en bredd på bara fyra nanometer.

[4] Här mäter man stjärnbildningseffektiviteten, som definieras som den totala massan hos nybildade stjärnor delat med massan av den gas ur vilken stjärnor kan bildas. Man fann att de mörka galaxerna i den här studien skulle behöva mer än 100 miljarder år för att omvandla all sin gas till stjärnor. Det här resultatet överensstämmer med nyligen presenterade teoretiska studier som föreslår att gasrika men små galaxer vid höga rödförskjutningar bildar stjärnor väldigt ineffektivt på grund av att de saknar tyngre grundämnen.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i en artikeln “Detection of dark galaxies and circum-galactic filaments fluorescently illuminated by a quasar at z=2.4", av Cantalupo m. fl. som publiceras i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Teamet består av Sebastiano Cantalupo (University of California, Santa Cruz, USA), Simon J. Lilly (ETH Zurich, Schweiz) och Martin G. Haehnelt (Kavliinstitutet för kosmologi i Cambridge, Storbritannien).

År 2012 är det 50 år sedan Europeiska sydobservatoriet (ESO) grundades. ESO är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 15 länder: Belgien, Brasilien, 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 två kartläggningsteleskop: VISTA, som observerar infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop, samt VST, det största teleskopet som konstruerats för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO bidrar dessutom till ALMA, ett revolutionerande astronomiskt teleskop och världens hittills största astronomiska projekt. ESO planerar för närvarande bygget av ett europeiskt extremt stort teleskop i 40-metersklassen för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartikeln
• Bilder på VLT
• Andra bilder tagna med VLT

Kontakter

Sebastiano Cantalupo
University of California
Santa Cruz, USA
Tel: +1 831 459 5891
E-post: cantal@ucolick.org

Simon J. Lilly
Institute for Astronomy, ETH Zurich
Zurich, Switzerland
Tel: +41 44 633 3828
E-post: simon.lilly@phys.ethz.ch

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT & Survey Telescopes Press Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@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 eso1228 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.