Pressemeddelelse

Forklaret: Hvorfor mange kortlægninger af fjerne galakser overser 90 % af deres mål

24. marts 2010

Astronomer har længe vidst, at mange kortlægninger af det meget fjerne Univers ikke har observeret en stor del af den totale lysmængde. Nu har astronomer fundet ud af, at en stor del af de galakser, hvis lys har været 10 milliarder år om at nå os, indtil nu er blevet overset. Denne opdagelse er gjort takket være en meget dybtgående kortlægning lavet med to af de fire gigantiske 8,2 meter teleskoper, der udgør ESO’s Very Large Telescope (VLT) og et speciallavet filter. Kortlægningen har også gjort det muligt at afsløre nogle af de mest lyssvage galakser, der nogensinde er fundet på dette tidlige tidspunkt i Universets historie.

Astronomer bruger ofte det kraftige, karakteristiske ”fingeraftryk” af lys udsendt af brint, der kaldes Lyman-alpha linien, til at undersøge hvor mange stjerner, der dannes i det meget fjerne Univers [1]. Men der har længe været en mistanke om, at mange fjerne galakser forbliver uopdagede i disse kortlægninger. En ny VLT-kortlægning viser for første gang, at det er præcis hvad der sker. Det meste af Lyman-alpha lyset, er fanget i den galakse, der udsender det og 90 % af galakserne dukker ikke op i Lyman-alpha kortlægninger.

”Astronomer har altid vidst, at de manglede en del af galakserne i Lyman-alpha kortlægninger,” forklarer Matt Hayes, hovedforfatter på artiklen, der bliver offentliggjort i denne uge i Nature, ”men for første gang, har vi nu en måling. Antallet af manglende galakser er betydeligt.”

For at finde ud af, hvor meget af den samlede lysudsendelse, der var blevet overset, brugte Hayes og hans hold FORS-kameraet på VLT og et speciallavet smalbåndsfilter [2] til at registrere Lyman-alpha lyset, idet de fulgte standardmetoden for Lyman-alpha kortlægninger. Ved hjælp af det nye HAWK-I-kamera, der sidder på et andet af VLT’s fire teleskoper, kortlage de så den samme del af himlen for lys, der også udsendes af glødende brint, men ved en anden bølgelængde og er kendt som H-alpha linien. De kiggede specielt på galakser, hvis lys har rejst i 10 milliarder år (rødforskydning 2,2 [3]) i et velstuderet område af himlen, der er kendt som GOODS-South.

”Det er første gang, vi har observeret en del af himlen så dybt i lyset fra brint ved disse to meget specifikke bølgelængder, og det viste sig at være afgørende,” siger holdmedlem Göran Östlin. Kortlægningen var meget dyb og afslørede nogle af de fjerneste galakser kendt fra denne tidlige periode af Universets historie. Astronomerne kunne ud fra observationerne konkludere, at de traditionelle kortlægninger udført ved hjælp af Lyman-alpha, kun ser en lille del af det samlede lys, der produceres. De fleste Lyman-alpha fotoner bliver nemlig ødelagt ved vekselvirkning med de interstellare skyer af gas og støv. Denne effekt er meget større for Lyman-alpha end for H-alpha lys. Som resultat bliver mange galakser, en andel på omkring 90 %, ikke set i disse kortlægninger. ”Hvis ti galakser bliver set, kan der være hundrede derude,” siger Hayes.

Forskellige observationsmetoder, der er målrettet mod lys ved forskellige bølgelængder, vil altid give et billede af Universet, der kun er delvis komplet. Resultaterne af denne kortlægning sender en skarp advarsel til kosmologer, da den kraftige Lyman-alpha signatur i stigende grad bliver brugt til at undersøge de allerførste galakser, der blev dannet i Universet. ”Nu da vi ved, hvor meget lys, vi er gået glip af, kan vi begynde at skabe langt mere præcise repræsentationer af kosmos, og få en bedre forståelse af, hvor hurtigt stjerner er blevet dannet på forskellige tidspunkter i Universets liv,” siger medforfatter Miguel Mas-Hessen.

Gennembruddet blev gjort muligt takket være det unikke kamera, HAWK-I, der blev taget i brug i 2007. ”Der er kun få andre kameraer med et større synsfelt end HAWK-I, og de er monteret på teleskoper, der er mindre end halvt så store som VLT. Så kun VLT/HAWK-I, er virkelig i stand til effektivt at finde galakser så svage på disse afstande,” siger holdmedlem Daniel Schaerer.

Noter

[1] Lyman-alpha er lys udsendt af exciteret brint (mere specifikt, når elektronen omkring kernen springer fra den første exciterede tilstand til grundtilstanden). Dette lys udsendes i den ultraviolette  del af spektret ved 121,6 nm. Lyman-alpha linien er den første i den såkaldte Lyman-serie, der er opkaldt efter sin opdager, Theodore Lyman.
Balmer-serien, opkaldt efter Johann Balmer, er også lys udsendt af exciteret brint. I dette tilfælde falder elektronen ned i den første exciterede tilstand. Den første linje i denne serie er H-alpha linien, der udsendes ved 656,3 nm.
Da de fleste brintatomer, der findes i en galakse, er i grundtilstanden, bliver Lyman-alpha lys absorberet mere effektivt end H-alpha lys, som kræver atomer med en elektron i den anden exciterede tilstand. Da det er meget sjældent i den kolde interstellare brint, der ligger i galakser, er gassen næsten helt gennemsigtig for H-alpha lys.

[2] Et smalbåndsfilter er et optisk filter, designet til kun at lade en smal båndbredde af lys passere, centreret ved en bestemt bølgelængde. Traditionelle smalbåndsfiltre omfatter dem, der er centreret om linjer i Balmer-serien, såsom H-alpha.

[3] Fordi Universet udvider sig, vil lyset fra et fjernt objekt være rødforskudt afhængig af afstanden. Det betyder, at lyset strækkes til længere bølgelængder. En rødforskydning på 2,2 – svarende til galakser, hvis lys har været 10 milliarder år om at nå frem til os – betyder, at lyset er strakt med en faktor 3,2. Derfor ses Lyman-alpha lys nu ved omkring 390 nm, i nærheden af det synlige område, og kan iagttages med FORS-instrumentet tilknyttet ESO’s VLT, mens H-alpha linien er flyttet til 2,1 mikrometer i nærinfrarødt lys. Det kan derfor observeres med HAWK-I-instrumnetet på VLT.

Mere information

Denne forskning er præsenteret i en artikel, der udkommer i Nature (“Escape of about five per cent of Lyman-α photons from high-redshift star-forming galaxies”, af M. Hayes et al.).

Holdet er sammensat af Matthew Hayes, Daniel Schaerer og Stéphane de Barros (Observatoire Astronomique de l'Université de Genève, Schweiz), Göran Östlin og Jens Melinder (Stockholm University, Sverige), J. Miguel Mas-Hesse (CSIC-INTA, Madrid, Spanien), Claus Leitherer (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA), Hakim Atek og Daniel Kunth (Institut d'Astrophysique de Paris, Frankrig) og Anne Verhamme (Oxford Astrophysics, Storbritannien).

ESO, det Europæiske Syd Observatorium, er den mest fremtrædende internationale astronomi-organisation i Europa og verdens mest produktive astronomiske observatorium. ESO har i dag følgende 14 medlemslande: Belgien, Danmark, Finland, Frankrig, Holland, Italien, Portugal, Schweiz og Storbritannien, Spanien, Sverige, Tjekkiet, Tyskland og Østrig. Flere lande har udtrykt interesse i medlemskab. ESO’s aktiviteter er fokuseret på design, konstruktion og drift af jordbaserede observationsfaciliteter for astronomi for at muliggøre vigtige videnskabelige opdagelser. ESO spiller også en ledende rolle for at fremme og organisere samarbejdet inden for astronomisk forskning. I Chile driver ESO tre unikke observatorier i verdensklasse: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO Very Large Telescope (VLT), der er verdens mest avancerede astronomiske observatorium til observationer i synligt lys, og VISTA, som er verdens største kortlægningsteleskop. ESO er den europæiske partner i et revolutionerede astronomisk teleskop kaldet ALMA, det største igangværende astronomiske projekt. ESO planlægger i øjeblikket et 42 meter optisk/nær-infrarødt teleskop kaldet European Extremely Large Telescope (E-ELT), der vil blive ”verdens største øje mod himlen”.

Links

• Videnskabelig artikel

Kontakter

Matt Hayes
Observatory of Geneva, Switzerland
Tel: +41 22 379 24 32
Mobil: +41 76 243 13 55
E-mail: matthew.hayes@unige.ch

Miguel Mas-Hesse
Centro de Astrobiologia (CSIC-INTA), Spain
Tel: +34 91 813 1196/1161
Mobil: +34 615145651
E-mail: mm@cab.inta-csic.es

Göran Östlin
Department of Astronomy
Stockholm University, Sweden
Tel: +46 8 55 37 85 13
E-mail: ostlin@astro.su.se

Henri Boffin
VLT Press Officer
ESO, Garching, Germany
Tel: +49 89 3200 6222
Mobil: +49 174 515 43 24
E-mail: hboffin@eso.org

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1013 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.