eso1138is — Fréttatilkynning

Fjarlægar vetrarbrautir sýna hvernig alheimsþokunni létti

Nýjar mælingar VLT kanna atburðarás endurjónunarskeiðsins

12. október 2011

Með hjálp Very Large Telescope ESO hafa stjörnufræðingar séð aftur í árdaga alheims um það bil þegar hann var að verða gegnsær fyrir útfjólubláu ljósi. Þetta stutta en afdrifaríka skeið í sögu alheims sem kallað er endurjónunarskeiðið, stóð yfir fyrir um 13 milljörðum ára. Með því að rannsaka gaumgæfilega nokkrar af fjarlægustu vetrarbrautum sem sést hafa í alheimi, gátu stjörnufræðingar í fyrsta sinn dregið upp þá atburðarás sem átti sér stað á endurjónunarskeiðinu. Stjörnufræðingarnir hafa líka sýnt að ferlið hlýtur að hafa tekið skemmri tíma en áður var talið.

Alþjóðlegur hópur stjörnufræðinga notaði VLT sem tímavél til að skyggnast aftur í árdaga alheims og rannsaka nokkrar af fjarlægustu vetrarbrautum sem sést hafa. Hópnum tókst að mæla fjarlægðir til þeirra með mikilli nákvæmni og komst að því að þær sjást milli 780 milljón og einum milljarði ára eftir Miklahvell [1].

Athuganirnar gerðu stjörnufræðingum í fyrsta sinn kleift að draga upp atburðarás fyrir endurjónunarskeiðið [2] í sögu alheimsins. Á því skeiði var þokunni sem fyllti alheiminn um það bil að létta sem leyfði útfjólubláu ljósi að berast óhindrað um milli vetrarbrauta í fyrsta sinn.

Greint er frá niðurstöðunum í Astrophysical Journal en þær byggja á langri og kerfisbundinni leit stjörnufræðinganna að fjarlægum vetrarbrautum með hjálp VLT síðustu þrjú ár.

„Fornleifafræðingar geta útbúið söguás út frá þeim fornmunum sem þeir finna í mismunandi jarðlögum en stjörnufræðingar geta stigið skrefi lengra: Við getum horft aftur í fjarlæga fortíð og greint daufar glæður vetrarbrauta á ólíkum tímum í sögu alheimsins“ útskýrir Adriano Fontana, stjörnufræðingur við INAF stjörnustöðina í Róm, en hann hafði umsjón með verkefninu. „Munurinn á vetrarbrautunum segir okkur til um breytilegar aðstæður í alheiminum á þessu mikilvæga skeiði og hve örar breytingarnar voru.“

Mismunandi frumefni hafa sína einkennisliti sem greina má sem ljómlínur í litrófum stjarna og vetrarbrauta. Ein sterkasta útfjólubláa ljómlínan nefnist Lyman-alfa og stafar af vetnisgasi [3]. Hún er björt og auðþekkjanleg, jafnvel í ljósi mjög daufra og fjarlægra vetrarbrauta.

Stjörnufræðingarnir greindu Lyman-alfa línuna í fimm mjög fjarlægum vetrarbrautum [4] sem gerði tvær mikilvægar mælingar mögulegar: Að sjá hve langt línan hefur færst í átt að rauða enda litrófsins sem gerði þeim kleift að ákvarða fjarlægðirnar og þar af leiðandi hveskömmu Miklahvell ljósið frá vetrarbrautunum tók að berast til okkar[5]. Þannig gátu stjörnufræðingarnir raðað vetrarbrautunum upp í rás atburða sem sýnir hvernig þær þróuðust með tímanum. Í öðru lagi gátu stjörnufræðingarnir séð að hve miklu leyti óhlaðna vetnisþokan milli vetrarbrautanna gleypti aftur Lyman-alfa ljómlínuna — sem kemur frá glóandi vetni í vetrarbrautum — á mismunandi tímapunktum.

„Mælingar okkar sýna mikinn mun á því hve mikið magn útfjólublás ljóss barst ekki milli elstu og yngstu vetrarbrautanna“ segir Laura Pentericci stjörnufræðingur við INAF stjörnustöðina í Róm og aðalhöfundur greinarinnar. „Þegar alheimurinn var aðeins 780 milljón ára gamall var óhlaðið vetni í miklu magni og fyllti 10-50% alheimsins. Aðeins 200 milljón árum seinna var orðið mjög lítið um óhlaðið vetni, svipað því sem við sjáum í dag. Svo virðist sem endurjónunin hafi verið örari en stjörnufræðingar töldu áður.“

Fyrir utan að kanna hve hratt frumþokunni létti gefa mælingar stjörnufræðinganna vísbendingar um uppruna orkuríka útfjólubláa ljóssins sem hratt endurjónuninni af stað. Nokkrar tilgátur eru uppi sem útskýra uppruna þessa ljóss en samkvæmt tveimur tilgátum, sem þykja hvað sennilegastar, kom orkan frá fyrstu kynslóðum stjarna í alheiminum [6] eða frá þeirri sterku geislun sem efni sem fellur í átt að svartholi gefur frá sér.

„Við grannskoðuðum ljós tveggja fjarlægustu vetrarbrautanna sem við fundum og bendir sú athugun okkar til að fyrstu kynslóðir stjarna gætu hafa lagt til orkuútgeisluna sem við sáum“ segir Eros Vanzella við stjörnustöðina í Trieste og meðlimur í rannsóknarhópnum. „Þetta hafa verið mjög ungar og massamiklar stjörnur, um það bil fimm þúsund sinnum yngri og hundrað sinnum massameiri en sólin. Þær gætu hafa leyst upp frumþokuna og gert alheiminn gegnsæjann.“

Gera þarf mjög nákvæmar mælingar með geimsjónaukum eða hinum fyrirhugaða European Extremely Large Telescope ESO, sem verður stærsta auga jarðar þegar smíði hans lýkur snemma næsta áratug, til þess að staðfesta eða hrekja þessa tilgátu og sýna að fyrstu stjörnurnar geti framkallað orkuna sem þarf til að leysa upp þokuna.

Rannsóknir á þessum tíma í sögu alheimsins eru tæknilega mjög erfiðar. Gera þarf mjög nákvæmar mælingar á mjög fjarlægum og daufum vetrarbrautum með stærstu sjónaukum jarðar. Í þessari rannsókn gerðu stjörnufræðingarnir litrófsmælingar með 8,2 metra VLT risasjónaukanum á vetrarbrautum sem fundust fyrst með Hubble geimsjónaukanum og á djúpmyndum VLT.

Skýringar

[1] Rauðvik fjarlægustu vetrarbrautar sem mælst hefur með litrófsgreiningu er 8,6 og sést hún því eins og hún var 600 milljónum ára eftir Miklahvell (eso1041). Önnur vetrarbraut, sem talin er hafa rauðvik í kringum 10 (sést 480 milljónum ára eftir Miklahvell), fannst á myndum Hubblessjónaukans en sú uppgötvun bíður staðfestingar. Rauðvik fjarlægustu vetrarbrautarinnar í þessari rannsókn er 7,1 sem þýðir að hún sést 780 milljónum ára eftir Miklahvell. Í dag er alheimurinn álitinn 13,8 milljarða ára gamall. Rauðvik þessara fimm vetrarbrauta sem fundust í rannsókninni (af um 20 hugsanlegum) var staðfest með Lyman-alfa mælingum og eru helmingur allra þekktra vetrarbrauta með z>7.

[2] Þegar fyrstu stjörnurnar og vetrarbrautirnar mynduðust var alheimurinn uppfullur af óhlöðnu vetnisgasi sem gleypir útfjólublátt ljós. Útfjólubláa geislunin frá vetrarbrautunum örvaði gasið sem gerði það rafhlaðið (jónað) og smám saman gegnsætt fyrir útfjólubláu ljósi. Þetta ferli er þekkt sem endurjónun því talið er að á stuttu tímabili innan við 100.000 árum eftir Miklahvell hafi vetni líka verið jónað.

[3] Stjörnufræðingarnir mældu áhrif vetnisþokunnar með litrófsgreiningu. Í því felst að ljósi frá vetrarbraut er skipt upp í frumliti sína, rétt eins og þrístrendingur skiptir sólarljósi í regnboga.

[4] Stjörnufræðingar skipta stjörnum í þrjá aldursflokka, Stjörnubyggð 1, Stjörnubyggð II og Stjörnubyggð III. Stjörnur í Stjörnubyggð I, eins og sólin okkar, innihalda mikið af þungum frumefnum sem urðu til í eldri kynslóðum stjarna og sprengistjörnum á síðari tímum í sögu alheimsins. Stjörnur í Stjörnubyggð II innihalda þyngri frumefni í minna magni og eru aðallega úr vetni, helíumi og liþíni sem myndaðist í Miklahvelli. Þetta eru gamlar stjörnur en margar eru enn til í alheiminum í dag. Stjörnur í Stjörnubyggð III hafa aldrei sést beint en þær eru taldar hafa verið til í árdaga alheims. Þær innihalda aðeins efni sem varð til við Miklahvell og innihalda engin þung frumefni. Þung frumefni gegna stóru hlutverki í myndun stjarna. Því gátu aðeins mjög stórar stjörnur með stuttan líftíma myndast á þessu stigi. Allar stjörnur í Stjörnubyggð III enduðu fljótt ævi sína sem sprengistjörnur í árdaga alheims. Enn sem komið er eru engin sönnunargögn til um slíkar stjörnur.

Frekari upplýsingar

Skýrt er frá þessari rannsókn í greininni „Spectroscopic Confirmation of z-7 LGBs: Probing the Earliest Galaxies and the Epoch of Reionization“ sem birtist í Astrophysical Journal.

Í rannsóknarteyminu eru L. Pentericci (INAF Osservatorio Astronomico di Roma í Róm á Ítalíu [INAF-OAR]), A. Fontana (INAF-OAR), E. Vanzella (INAF Osservatorio Astronomico di Trieste í Trieste á Ítalíu [INAF-OAT]), M. Castellano (INAF-OAR), A. Grazian (INAF-OAR), M. Dijkstra (Max-Planck-Institut für Astrophysik í Garching í Þýskalandi), K. Boutsia (INAF-OAR), S. Cristiani (INAF-OAT), M. Dickinson (National Optical Astronomy Observatory í Tucson í Bandaríkjunum), E. Giallongo (INAF-OAR), M. Giavalisco (University of Massachusetts í Amherst í Bandaríkjunum), R. Maiolino (INAF-OAR), A. Moorwood (ESO í Garching), P. Santini (INAF-OAR).

ESO, European Southern Observatory, stjörnustöð Evrópulanda á suðurhveli, er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og ein öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 15 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. Með því að reisa og reka öflugustu stjörnuathugunarstöðvar heims leggur ESO grunninn að mikilvægum uppgötvunum stjörnufræðinga. Í Chile rekur ESO þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er þátttakandi í ALMA, byltingarkenndum útvarpssjónauka og stærsta stjarnvísindaverkefni heims. ESO hyggur einnig á smíði 40 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.

Tenglar

Tengiliðir

Sævar Helgi Bragason
University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Farsími: +354-896-1984
Tölvupóstur: eson-iceland@eso.org

Dr. Laura Pentericci
INAF Rome Astronomical Observatory
Rome, Italy
Sími: +39 06 94 286 450
Tölvupóstur: laura.pentericci@oa-roma.inaf.it

Dr. Adriano Fontana
INAF Rome Astronomical Observatory
Rome, Italy
Sími: +39 06 94 286 456
Tölvupóstur: adriano.fontana@oa-roma.inaf.it

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Sími: +49 89 3200 6655
Tölvupóstur: rhook@eso.org

Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1138.
Bookmark and Share

Um fréttatilkynninguna

Fréttatilkynning nr.:eso1138is
Nafn:Galaxies, NTTDF-474
Tegund:• Early Universe : Galaxy
• Early Universe : Cosmology
Facility:Very Large Telescope
Science data:2011ApJ...743..132P

Myndir

Artist’s impression of galaxies at the end of the era of reionisation (artist’s impression)
Artist’s impression of galaxies at the end of the era of reionisation (artist’s impression)
texti aðeins á ensku
A galaxy seen when the Universe was only 820 million years old
A galaxy seen when the Universe was only 820 million years old
texti aðeins á ensku
A galaxy seen when the Universe was only 840 million years old
A galaxy seen when the Universe was only 840 million years old
texti aðeins á ensku

Myndskeið

Animation of artist’s impression of galaxies at the end of the era of reionisation
Animation of artist’s impression of galaxies at the end of the era of reionisation
texti aðeins á ensku

Sjá einnig