eso1041is — Fréttatilkynning

Brotist út úr þokunni

Fjarlægasta vetrarbraut sem mælst hefur

20. október 2010

Hópur evrópskra stjarnvísindamanna hefur með hjálp Very Large Telescope (VLT) ESO mælt vegalengdina til fjarlægustu vetrarbrautar sem fundist hefur í alheimi. Stjörnufræðingarnir mældu nákvæmlega daufar glæður vetrarbrautarinnar og komust að því að ljósið lagði af stað til okkar þegar alheimurinn var um 600 milljón ára gamall (rauðvik 8,6). Þetta er í fyrsta sinn sem ljós frá vetrarbraut sést brjótast út úr þéttri vetnisþokunni sem fyllti alheiminn í árdaga. Skýrt er frá þessum niðustöðum í nýjasta hefti Nature sem kemur út 21. október.

„Með Very Large Telescope ESO höfum við staðfest að vetrarbraut sem sást á ljósmynd sem tekin var með Hubble geimsjónaukanum er fjarlægasta fyrirbæri sem hingað til hefur sést í alheiminum“ [1] segir Matt Lehnert (Observatorie de Paris), aðalhöfundur greinar þar sem þessar niðurstöður eru kynntar. „Okkur tókst að mæla fjarlægðina til þessarar grámóskulegu vetrarbrautar með hjálp VLT sjónaukans og SINFONI litrófsritans og komumst að því að hún er frá því skeiði þegar alheimurinn var innan við 600 milljón ára gamall.“

Rannsóknir á þessum fyrstu vetrarbrautum alheims eru mjög erfiðar. Ljósið sem þær gáfu frá sér í upphafi var skært en þegar það berst loks til jarðar virðast þær bæði litlar og mjög daufar. Auk þess hefur útþensla alheims teygt á bylgjulengd ljóssins og hliðrað því inn á innrauða hluta rafsegulrófsins. Þetta eru áhrif sem kallast rauðvik. Til að gera illt verra var alheimurinn á þessum tíma, innan við milljarði ára eftir Miklahvelli, ekki að fullu gegnsær vegna vetnisþokunnar sem fyllti hann að mestu, gleypti sterka útbláa geislun frá ungum vetrarbrautum. Tímabilið þegar útbláa ljósið grisjar þokuna nefnist tímabil endurjónunar í alheimi [2]. Þrátt fyrir það fundust nokkur fyrirbæri á ljósmynd sem tekin var með nýju Wide Field Camera 3 myndavélinni í Hubble geimsjónauka NASA og ESA árið 2009 [3] sem hugsanlega voru vetrarbrautir frá tímabili endurjónunarinnar. Að staðfesta fjarlægðir til svo daufra og fjarlægra fyrirbæra er mjög erfitt og aðeins hægt áreiðanlega með því að mæla rauðvik með litrófsgreiningu risasjónauka á jörðu niðri, í þessu tilviki í ljósi vetrarbrautarinnar [4].

„Eftir að tilkynnt var um líklegar vetrarbrautir á mynd Hubbles gerðum við útreikninga sem sýndu að með gríðarlegri ljóssöfnunargetu VLT, hárnákvæmri mæligetu innrauða litrófsritans SINFONI og mjög löngum lýsingartíma ættum við að geta greint dauft ljósið frá einni af þessum fjarlægu vetrarbrautum og mælt fjarlægðina til hennar. Það var mjög uppörvandi.“ segir Lehnert.

Rannsóknahópurinn sendi sérstaka beiðni til yfirmanns ESO og fékk afnot af VLT til að gera mælingar á vetrarbrautinni UDFy-38135539 [5] í 16 klukkustundir. Tvo mánuði tók að vinna gögnin og prófa niðurstöðurnar sem sýndu hópnum hefði tekist að greina daufar glæður frá vetni í vetrarbrautinni og að rauðvik hennar var 8,6. Þessi vetrarbraut er því fjarlægasta fyrirbæri sem sést hefur í alheiminum hingað til og hefur verið staðfest með litrófsmælingum. Rauðvikið 8,6 jafngildir því að ljósið frá vetrarbrautinni lagði af stað til okkar aðeins 600 milljón árum eftir Miklahvell, fyrir rúmum 13 milljörðum ára.

„Mæling á rauðviki fjarlægustu vetrarbrautar sem sést hefur hingað til er í sjálfu sér mjög spennandi en þær stjarneðlisfræðilegu ályktanir sem draga má af þessum mælingum eru enn mikilvægari“ segir Nicole Nesvadba (Institut d’Astrophysique Spatiale), meðhöfundur greinarinnar. „Þetta er í fyrsta sinn sem við vitum fyrir víst að við erum að horfa á eina af þeim vetrarbrautum sem braut upp þokuna sem fyllti alheiminn í árdaga.“

Eitt af því sem kom hvað mest á óvart í þessari uppgötvun er að ljósið frá UDFy-38135539 virðist ekki nógu sterkt eitt og sér til að brjóta upp vetnisþokuna. „Það hljóta að vera aðrar vetrarbrautir, líklega daufari og massaminni fylgivetrarbrautir UDFy-38135539, sem lögðu sitt af mörkum við að gera geiminn í kringum vetrarbrautina gegnsæjann. Vetnisþokan hefði ella gleypt ljósið frá vetrarbrautinni, sama hversu bjart það væri, og við hefðum þá ekki séð hana“ útskýrir Mark Swinbank (University of Durham) meðhöfundur greinarinnar.

Jean-Gabriel Cuby (Laboratorie d’Astrophysique de Marseille), meðhöfndur greinarinnar, segir ennfremur: „Rannsóknir á skeiði endurjónunar og myndun vetrarbrauta reynir verulega á getu þeirra sjónauka og mælitækja sem við höfum í dag. Þetta eru hins vegar nákvæmlega þau vísindi sem verða daglegt brauð með European Extremely Large Telescope ESO — sem verður stærsti stjörnusjónauki heims til rannsókna á sýnilegu og nær-innrauðu ljósi — þegar hann verður tekinn í notkun.“

Skýringar

[1] Fyrri rannsóknaniðurstöður ESO (eso0405) bentu til að fyrirbæri með enn hærra rauðvik (rauðvik 10) hefði fundist. Frekari rannsóknir gátu hins vegar ekki staðfest fyrirbæri með svipaða birtu á þessum stað á himinhvolfinu. Nýlegar athuganir með Hubble geimsjónauka NASA og ESA gátu heldur ekki staðfest tilvist þessa fyrirbæris. Flestir stjörnufræðingar telja þetta fyrirbæri því ekki lengur þá vetrarbraut sem hefur hæsta rauðvikið.

[2] Þegar alheimurinn kólnaði eftir Miklahvell, fyrir um 13,7 milljörðum ára, bundust róteindir og rafeindir saman og mynduðu vetnisgas. Þetta kalda dimma gas var helsta innihald alheims á meðan hinum svonefndu Myrku öldum (e. Dark Ages) stóð, þegar engin lýsandi fyrirbæri voru til í alheimi. Þessu skeiði lauk þegar fyrstu stjörnurnar glæddu alheiminn ljósi og sterk útblá geislun þeirra gerði vetnisþokuna gegnsæja á ný með því að kljúfa vetnisatómin í rafeindir og róteindir. Þetta ferli kallast endurjónun. Þetta skeið í sögu alheimsins stóð yfir frá um það bil 150 milljón til 800 milljón árum eftir Miklahvell. Skilningur á því hvernig endurjónunin átti sér stað sem og hvernig fyrstu vetrarbrautirnar mynduðustu og þróuðust eru á meðal helstu ráðgáta nútíma heimsfræði.

[3] Þessum athugunum Hubblessjónaukans er lýst hér http://www.spacetelescope.org/news/heic1001/

[4] Stjörnufræðingar geta fundið út og mælt fjarlægðir til fyrstu vetrarbrauta alheims með tvennum hætti. Hægt er að taka mjög djúpar myndir í gegnum mislitar síur og mæla birtu margra fyrirbæra yfir mismunandi bylgjulengdir. Svo er hægt að bera þessar upplýsingar saman við það sem búast má við af ólíkum vetrarbrautum á mismunandi tímum í sögu alheims. Þetta er eina leiðin sem við höfum til að finna mjög daufar vetrarbrautir og er það sem Hubble rannsóknarteymið studdist við. Þessi tækni er hins vegar ekki alltaf áreiðanleg. Til dæmis gæti það sem í fyrstu sýnist dauf vetrarbraut í órafjarlægð reynst venjuleg köld og dauf stjarna á stangli í okkar eigin Vetrarbraut.

Þegar líklegar fjarlægar vetrarbrautir hafa fundist er hægt að meta fjarlægðina áreiðanlega (mælt sem rauðvik) með því að skoða litróf ljóssins frá vetrarbrautinni og leita að merkjum um útgeislun vetnis eða annarra frumefna í vetrarbrautinni. Þessi aðferð, litrófsgreining, er eina leiðin sem stjörnufræðingar hafa til þess að meta fjarlægðir nákvæmlega og áreiðanlega í alheiminum.

[5] Þetta sérkennilega og óþjála nafn segir okkur að fyrirbærið fannst á Ultra Deep Field leitarsvæðinu og táknar talan nákvæma hnitastaðsetningu þess á himninum.

Frekari upplýsingar

Skýrt er frá þessari rannsókn í greininni Spectroscopic confirmation of a galaxy at redshift z = 8.6 eftir Lehnert et al., sem birtist í Nature 21. október 2010.

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

ESO, European Southern Observatory, stjörnustöð Evrópulanda á suðurhveli, er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og ein öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 14 landa: Austurríkis, Belgíu, 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 VISTA, stærsta kortlagningarsjónauka (survey telescope) veraldar. ESO er þátttakandi í ALMA, byltingarkenndum útvarpssjónauka og stærsta stjarnvísindaverkefni heims. ESO hyggur einnig á smíði 42 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: saevar@stjornuskodun.is

Matthew Lehnert
Observatoire de Paris
France
Sími: +33 1 45 07 76 11
Tölvupóstur: matthew.lehnert@obspm.fr

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

Mark Swinbank
Durham University
United Kingdom
Sími: +44 191 334 3786
Farsími: +44 7920 727 126
Tölvupóstur: a.m.swinbank@durham.ac.uk

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

Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1041.
Bookmark and Share

Um fréttatilkynninguna

Fréttatilkynning nr.:eso1041is
Tegund:• X - Galaxies
Facility:Very Large Telescope
Science data:2010Natur.467..940L

Myndir

Galaxies during the era of reionisation in the early Universe (simulation)
Galaxies during the era of reionisation in the early Universe (simulation)
texti aðeins á ensku
Hubble image of the distance-record galaxy UDFy-38135539
Hubble image of the distance-record galaxy UDFy-38135539
texti aðeins á ensku

Myndskeið

ESOcast 22: The most distant galaxy ever measured
ESOcast 22: The most distant galaxy ever measured
texti aðeins á ensku
Video News Release 31: The most distant galaxy ever measured (eso1041b)
Video News Release 31: The most distant galaxy ever measured (eso1041b)
texti aðeins á ensku
Zooming in on the most distant galaxy ever measured
Zooming in on the most distant galaxy ever measured
texti aðeins á ensku
The era of reionisation (simulation)
The era of reionisation (simulation)
texti aðeins á ensku
The era of reionisation (artist’s impression)
The era of reionisation (artist’s impression)
texti aðeins á ensku
The era of reionisation (artist’s impression)
The era of reionisation (artist’s impression)
texti aðeins á ensku

Sjá einnig