Pressmeddelande

ALMA skriver om historien om universums stjärnbabyboom

Vatten rekordlångt ut i universum ett av fynden bland avlägsna galaxer

13 mars 2013

Universums historia är kantad av episoder då många nya stjärnor bildades samtidigt. Nu visar nya observationer gjorda med teleskopet ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) att de mest dramatiska av dessa utbrott skedde långt tidigare än forskare tidigare trott. Forskningsresultaten presenteras i en samling artiklar som publiceras i tidskriften Nature den 14 mars 2013 och även i Astrophysical Journal. De nya rönen är de senaste i en rad upptäckter från det nya internationella observatoriet ALMA, som invigs idag.

I Universums barndom bildades stjärnor under kraftfulla utbrott i tunga ljusstarka galaxer. Dessa så kallade “starburst”-galaxer omvandlar i rasande takt gigantiska reservoarer av kosmisk gas, stoft och damm till nya stjärnor. Takten är hisnande och går flera hundra gånger fortare än i dagens ståtliga spiralgalaxer där vår Vintergata är paradexemplet. Genom att skåda långt ut i rymden, mot galaxer vars ljus har tagit flera miljarder år att nå oss, kan astronomer observera denna händelserika tid i universums ungdom.

Joaquin Vieira, astronom vid California Institute of Technology i USA, ledde teamet och är försteförfattare för artikeln i Nature.

- Ju mer avlägsen en galax är, desto längre tillbaka i tiden tittar man. Genom att mäta avstånd till galaxerna kan vi därför sätta ihop en tidslinje för hur pass snabbt universum skapar stjärnor under olika stadier i dess 13,7 miljarder års historia, säger han.

Det internationella forskarteamet upptäckte dessa avlägsna och gåtfulla stjärnfabriker till galaxer med 10-metersteleskopet South Pole Telescope (SPT) som USA:s National Science Foundation driver i Antarktis. Sedan använde de ALMA för att göra närbilder och utforska denna stjärnornas babyboom i det unga universum. Forskarna överraskades av att många av de avlägsna, stoftrika galaxerna låg ännu längre bort än de hade väntat sig. Det betyder att deras episoder av stjärnskapande ägde rum för 12 miljarder år sedan då universum ännu inte hade blivit 2 miljarder år gammalt - en hel miljard år tidigare än forskare tidigare trott.

Två av dessa galaxer ligger längre bort än någon annan i samma klass. De är så avlägsna att ljuset från dem började sin resa mot oss när universum bara var en miljard år gammalt. I dessa rekordgalaxer finns dessutom vatten bland de molekyler som astronomer registrerat i deras ljus. Dessa två är därmed de mest avlägsna objekt i universum där vatten detekterats hittills.

Teamet använde ALMA:s världsledande känslighet för att fånga upp ljus med våglängd kring tre millimeter från 26 av dessa galaxer. I galaxerna alstras ljus vid särskilda våglängder av gasmolekyler, och själva universums expansion sträcker ut ljuset under de miljarder år långa färden hit. Genom att mäta de utsträckta våglängderna kan astronomer räkna fram hur länge ljuset har rest och därmed fastställa dess plats i den kosmiska historien.

Axel Weiss vid Max-Planck-Institut für Radioastronomie i Bonn, Tyskland, ledde arbetet med att mäta avstånden till galaxerna.

- ALMA:s känslighet och breda spann i våglängd gjorde att våra mätningar tog bara ett par minuter att göra för varje galax. Det är ungefär hundra gånger fortare än förut. Tidigare skulle en sådan här mätning ha varit en mödosam process av att kombinera data från teleskop för både synligt ljus och radiovågor.

I de flesta fall kunde avstånden till galaxerna prickas in endast utifrån ALMA:s mätningar. Men för några galaxerna använde forskarna även mätningar gjorda med andra teleskop, bland dem APEX (Atacama Pathfinder Experiment) och ESO:s Very Large Telescope (VLT) [1].

Observationerna genomfördes då ALMA fortfarande var under uppbyggnad, och astronomerna använde bara en mindre uppställning på 16 av ALMA:s totala antennpark på 66 jätteparaboler. När ALMA är färdigbyggt kommer det vara ännu känsligare och kunna registrera ännu ljussvagare galaxer. Såhär långt har astronomerna riktat in sig mot de som lyser starkast. Naturen hjälpte dessutom till, i form av så kallade gravitationslinser. Effekten, som förutspåddes av Einsteins allmänna relativitetsteori, gör att ljus från en avlägsen galax förvrängs och förstoras av en mer närliggande galax i förgrunden. Förgrundsgalaxen fungerar som en lins som får den avlägsna ljuskällan att verka lysa starkare.

För att förstå exakt hur mycket denna gravitationslinsning förstärkte ljuset från galaxerna tog teamet sedan ännu skarpare bilder av dem med ALMA, den här gången vid våglängder omkring 0,9 millimeter.

Yashar Hezaveh (McGilluniversitetet, Montreal, Kanada) har lett studien om gravitationslinsningen:

- Dessa vackra bilder från ALMA visar hur de avlägsna galaxerna dras ut i ett flertal bågar av ljus - något som kallas för Einsteinringar - som omger galaxerna i förgrunden. Vi använder den enorma mängden mörk materia som omger galaxer halvvägs genom universum som ett kosmiskt teleskop för att ännu mer avlägsna galaxer ska förstoras och bli ljusare.

Analysen av de förvrängda galaxerna visar att några av dem lyser lika starkt som 40 miljoner miljoner solar, och att gravitationslinsningen har förstärkt det upp till 22 gånger.

Carlos De Breuck (ESO) är också med i teamet.

- Tidigare hade man bara hittat några få gravitationslinsade galaxer vid submillimetervåglängder, men nu har SPT och ALMA hittat dussintals. Den här sortens forskning gjordes tidigare med observationer av synligt ljus med Hubbleteleskopet, men våra nya resultat visar att ALMA är en kraftfull ny spelare i fältet.

Daniel Marrone vid Arizonauniversitet i USA är också med i teamet. Han tillägger:

- Det här är ett perfekt exempel på hur astronomer runt omkring världen arbetar tillsammans för att göra fantastiska upptäckter med hjälp av ett banbrytande instrument. Detta är bara början för ALMA och för vår utforskning av “starburst”-galaxerna. Vi planerar nu att detaljstudera dessa galaxer för att förstå exakt hur och varför de bildar nya stjärnor så snabbt.

Noter

[1] Ytterligare observationer gjordes med APEX, VLT, Australia Telescope Compact Array (ATCA) och Submillimeter Array (SMA).

Mer information

Forskningsresultaten beskrivs i artikeln “Dusty starburst galaxies in the early Universe as revealed by gravitational lensing” av J. Vieira m. fl., som publiceras i tidskriften Nature. Arbetet med att mäta avstånden till galaxerna beskrivs i artikeln “ALMA redshifts of millimeter-selected galaxies from the SPT survey: The redshift distribution of dusty star-forming galaxies” av A. Weiss m. fl., som publiceras i tidskriften Astrophysical Journal. Studien om gravitationslinsernas effekter beskrivs i artikeln “ALMA observations of strongly lensed dusty star-forming galaxies” av Y. Hezaveh m. fl., som också publiceras i Astrophysical Journal.

ALMA är en internationell anläggning för astronomi och är ett samarbete mellan Europa, Nordamerika och Ostasien i samverkan med Chile. I Europa stöds ALMA av ESO, i Nordamerika av US National Science Foundation (NSF) i samarbete med Kanadas National Research Council (NRC) samt av Taiwans Nationella vetenskapsråd (NSC), i Ostasien av Nationella instituten för naturvetenskap (NINS) i Japan i samarbete med Academia Sinica (AS) i Taiwan. Bygget och driften av ALMA leds för Europas del av ESO, för Nordamerika av National Radio Astronomy Observatory (NRAO), som drivs av Associated Universities, Inc. (AUI), och för Ostasien av Nationella astronomiska observatoriet i Japan (NAOJ). Joint ALMA Observatory (JAO) ger gemensam ledning och gemensam organisation för bygget, driftsättning och drift av ALMA.

ESO, Europeiska sydobservatoriet, 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 det europeiska extremt stora 39 metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartikeln av J. Vieira m. fl.
• Forskningsartikeln av A. Weiss m. fl. om arbetet att mäta avståndet till galaxerna
• Forskningsartikeln av Y. Hezaveh m. fl. om studien om gravitationslinserna
• Mer om ALMA hos ESO
• Joint ALMA Observatory

Kontakter

Axel Weiss
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
Bonn, Germany
Tel: +49 228 525 273
E-post: aweiss@mpifr-bonn.mpg.de

Joaquin Vieira
California Institute of Technology
USA
Mobil: +1 949 887 5795
E-post: vieira@caltech.edu

Yashar Hezaveh
McGill University
Montréal, Canada
Tel: +1 514 398 7032
E-post: yasharh@physics.mcgill.ca

Richard Hook
ESO, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

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

Carlos de Breuck
ESO
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6613
E-post: cdebreuc@eso.org

Charles E. Blue
National Radio Astronomy Observatory, Public Information Officer
Charlottesville, USA
Tel: +1 434 296 0314
E-post: cblue@nrao.edu

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 eso1313 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.