eso1143sv — Pressmeddelande (forskning)

Gammablixt sedd med VLT avslöjar avlägsna galaxers överraskande innehåll

2 november 2011

Ett internationellt astronomteam har använt det kortvariga men intensiva ljuset från en avlägsen gammablixt för att undersöka vad avlägsna galaxer innehåller. Observationerna, gjorda med ESO:s jätteteleskop VLT, bjöd på en överraskning. De har visat upp två galaxer i det unga universum som har ett rikare innehåll av tunga grundämnen än solen. De två galaxerna kan vara i färd med att smälta samman. Sådana händelser i universums barndom kommer att orsaka att mängder av nya stjärnor bildas, och kan själva vara just det som utlöser gammablixtar.

Gammablixtar är universums mest ljusstarka explosioner [1]. De upptäcks först av observatorier i omloppsbana runt jorden som kan registrera det första, korta utbrottet av gammastrålning. Så fort deras lägen på himlen har fastställts studeras de av stora teleskop på marken. Teleskopen kan sedan följa efterglöden som lyser i synligt och infrarött ljus under timmarna och dagarna efter utbrottet. En sådan blixt, benämnd GRB 090323 [2], hittades först av NASA:s rymdteleskop Fermi. Strax därefter kunde den även hittas av röntgendetektorn ombord på NASA-satelliten Swift och med instrumentet GROND på 2,2-meter MPG/ESO-teleskopet i Chile (eso1049).  Sedan, bara dagen efter upptäckten, kunde den detaljgranskas med ESO:s jätteteleskop VLT (Very Large Telescope).

Observationerna med VLT  visar att gammablixtens starka sken hade passerat igenom både blixtens egen värdgalax, och en annan galax I närheten, på väg mot jorden. Dessa galaxer ses som de var för cirka 12 miljarder år sedan [3]. Sådana galaxer hamnar mycket sällan i färdvägen för ljuset från en gammablixt.

Sandra Savaglio (Max-Planck-Institutet för utomjordisk fysik i Garching, Tyskland) är huvudförfattare till en artikel som beskriver forskningsresultaten. 

– När vi studerade ljuset från denna gammablixt visste vi inte vad vi skulle hitta. Det var en överraskning att den svala gasen i dessa två galaxer i det unga universum visade sig ha en så oväntad kemisk sammansättning, förklarar hon.

– De här galaxerna har mer av de tunga grundämnen än vad som någonsin setts i en galax så här tidigt i universums utveckling. Vi väntade oss inte att universum skulle se så moget ut, så kemiskt utvecklat, så här tidigt.

Då ljuset från gammablixten passerade genom galaxerna fungerade gasen som ett filter och absorberade en del av ljuset från gammablixten vid vissa våglängder. Utan gammablixtens ljus skulle dessa ljussvaga galaxer vara osynliga för oss. Genom att noggrant analysera de speciella fingeravtryck som olika grundämnen lämnar i ljuset kunde forskarna lista ut sammansättningen hos den svala gasen i dessa mycket avlägsna galaxer. Framförallt kunde de uppskatta deras halter av tunga grundämnen.

Galaxer i universums barndom väntas innehålla mindre mängder av tunga grundämnen än vad nutida galaxer, som Vintergatan, gör. De tyngre grundämnen skapas när generationer av stjärnor lever och dör, och därmed gradvist berikar galaxernas gasreserver [4]. Astronomer kan sedan använda galaxernas kemiska sammansättning för att lista ut hur långt de kommit i sin utveckling. Överraskande nog visar de nya observationerna något som tills nyligen var otänkbart. Redan mindre än två miljarder år efter big bang innehöll galaxerna gott om tunga grundämnen.

För att den svala gasen skulle ha kunnat berikats så pass effektivt måste det nyupptäckta galaxparet varit lika effektiva på att bilda stjärnor. Då galaxerna ligger nära varandra i rymden kan de vara i färd med att smälta samman. Det skulle kunna framkalla bildandet av nya stjärnor när gasmolnen kolliderar. De nya resultaten stödjer även idén att gammablixtar förekommer där många tunga stjärnor bildas.

Ivrig stjärnbildning i galaxer som dessa kanske fick ett slut tidigt i universums historia. Nu, tolv miljarder år senare, borde resterna efter sådana galaxer innehålla stora mängder av stjärnrester som svarta hål och svala dvärgstjärnor. De skulle kunna bilda en svårupptäckt population i universum av ”döda galaxer”, skuggor av sina forna ungdomliga glansår. Att hitta sådana lik i dagens universum är en utmaning.

- Vi hade rikligt med tur som kunde observera GRB 090323 medan den fortfarande var tillräckligt ljusstark. Det var då möjligt att göra makalöst detaljerade observationer med VLT. Gammablixtar lyser bara starkt  under en mycket kort tidsperiod och det är svårt att få data med bra kvalitet. Vi hoppas kunna observera galaxerna igen i framtiden då vi kommer ha mycket känsligare instrument. De skulle vara perfekta mål för E-ELT, slår Savaglio fast.

Noter

[1] Gammablixtar som varar längre än två sekunder kallas långa gammablixtar. Blixtar med kortare varaktighet kallas korta gammablixtar. De långa blixtarna, som till exempel den i den aktuella studien, förknippas med supernovaexplosioner av tunga, unga stjärnor i galaxer där stjärnbildningstakten är hög. Vad som ligger bakom de korta blixtarna är mindre känt. Forskare tror att de uppstår när mycket täta och små himlakroppar som neutronstjärnor smälter samman. 

[2] Beteckningen syftar på datumet då blixten upptäcktes. I det här fallet gjordes upptäckten den 23 mars 2009. 

[3] Galaxerna har en rödförskjutning på 3,57, vilket betyder att vi ser dem som de var 1,8 miljarder år efter big bang.

[4] Materian som skapades i big bang för 13,7 miljarder år sedan bestod nästan uteslutande av väte och helium. De flesta tyngre grundämnen, som till exempel syre, kväve och kol, tillverkades senare av kärnreaktioner inuti stjärnor därifrån de återfördes till galaxernas gasreserver när stjärnorna dog. Därför tror astronomer att mängden tunga grundämnen i de flesta galaxer ökar gradvist allt eftersom universum blir äldre.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i artikeln “Super-solar Metal Abundances in Two Galaxies at z ~ 3.57 revealed by the GRB 090323 Afterglow Spectrum” som publiceras I tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Teamet består av S. Savaglio (Max-Planck-Institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland [MPE]), A. Rau (MPE), J. Greiner (MPE), T. Krü̈hler (MPE; Münchens tekniska universitet, Garching, Tyskland [TUM]), S. McBreen (University College Dublin, Irland; MPE), D. H. Hartmann (Clemsons universitet, Clemson, USA), A. C. Updike (Clemson), R. Filgas (MPE), S. Klose (Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Germany), P. Afonso (MPE), C. Clemens (MPE), A. Küpcü Yoldas (ESO, Garching, Tyskland), F. Olivares E. (MPE), V. Sudilovsky (MPE; TUM) and G. Szokoly (Eötvös Loránduniversitetet, Budapest, Ungern)

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 ett europeiskt extremt stort teleskop i 40-metersklass för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

Kontakter

Jens Melinder
Stockholms universitet
Sverige
Tel: +46 706471856
E-post: jens@astro.su.se

Sandra Savaglio
Astronomer, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 3358
Mobil: +49 151 5194 4223
E-post: savaglio@mpe.mpg.de

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Mobil: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@eso.org

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1143, som tagits fram inom ramarna för ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer som fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Robert Cumming.

Om pressmeddelandet

Pressmeddelande nr:eso1143sv
Namn:Gamma-ray burst
Typ:• Early Universe : Cosmology : Phenomenon : Gamma Ray Burst
Facility:Very Large Telescope
Science data:2012MNRAS.420..627S

Bilder

Artist’s impression of a gamma-ray burst shining through two young galaxies in the early Universe
Artist’s impression of a gamma-ray burst shining through two young galaxies in the early Universe
text på engelska
Artist’s impression of a gamma-ray burst shining through two young galaxies in the early Universe
Artist’s impression of a gamma-ray burst shining through two young galaxies in the early Universe
text på engelska

Se även