Pressemeddelelse

Hvad er det for en enorm klat? - Hvordan dannes kæmpegalakserne?

ALMA finder svaret!

21. september 2016

Langt væk i Universet findes der nogle sjældne, enorme klatter, som lyser klart, men som astronomerne indtil nu ikke har kunnet forklare. Objekterne har fået betegnelsen Lyman-alpha Blobs. Gåden er løst nu. En international forskergruppe har brugt ALMA, ESOs Very Large Telescope og andre teleskoper for at kredse sig ind på en løsning. Inde i hjertet af en af disse klatter har ALMA fundet to galakser, som er ved at smelte sammen til en kæmpe elliptisk galakse. Det har sat en voldsom stjernedannelse igang, og det er derfra lyset kommer. Omkring de to store galakser findes der en sværm af mindre, som ser ud til at være i færd med at blive til en tæt galaksehob en gang i en fjern fremtid.

Lyman-alpha Blobs (LABs) en kæmpe skyer af hydrogengas (brint), som kan være hundrede tusinder lysår i diameter. De findes i store kosmiske afstande, det vil sige i det tidlige Univers. Navnet har de fået fordi de fortrinsvis udsender lys i ultraviolet, i det område af spektret, som kaldes Lyman-alpha stråling [1]. Siden LABerne blev opdaget har det været noget af et mysterium for astronomerne, hvad det får dem til at lyse så klart. Nu er sagen opklaret primært på grundlag af nye observationer med ALMA.

En af de største og bedst undersøgte Lyman-alpha Blobs har katalogbetegnelsen SSA22-Lyman-alpha blob 1, eller kort LAB-1. Det var den først opdagede af denne type objekter, og den ligger dybt inde i en kolossal hob af unge galakser, som lige er ved at blive dannet. Opdagelsen skete i 2000, og galaksehoben befinder sig så langt væk fra os, at lyset bruger omkring 11,5 milliarder år på at nå frem til os.

Et hold astronomer ledet af  Jim Geach, fra Centre for Astrophysics Research of the University of Hertfordshire, UK, har brugt Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array’s (ALMA) til at observere LAB-1. ALMA har helt unikke muligheder for at registrere lyset fra kolde støvskyer i fjerne galakser, og det er lykkedes at finde adskillige kilder til submillimeter stråling, med en nøjagtighed så man kan se detaljer[2].

ALMA-registreringerne er så kombineret med observationer foretaget med instrumentet MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), som er monteret på ESOs Very Large Telescope (VLT). MUSE kan detektere Lyman-alpha lys, og observationerne herfra viser, at de kilder, som ALMA har fundet, befinder sig lige i hjertet af den store Lyman-alpha Blob. Her dannes der nye stjerner med en hastighed, som er mere end 100 gange større end stjernedannelsen, som foregår i øjeblikket i Mælkevejen.

Som supplement til disse observationer har forskerne brugt NASA/ESA Hubble Space Telescope og spektroskopi fra W. M. Keck Observatory [3] til at vise, at ALMA-kilderne er omgivet af et utal af svagtlysende mindre galakser, som kan sende gas ind imod de centrale ALMA-kilder, og på den måde forøge stjernedannelsen.

Med observationerne i hus gik forskerholdet så igang med en avanceret simulering af galaksedannelsesprocesserne, for at vise, at den store sky med Lyman-alpha stråling kan forklares, hvis man antager, at det ultraviolette lys, som er et resultat af stjernedannelsen i ALMA-kilderne bliver spredt af den omgivende sky af hydrogengas. Det ser ud til at være en mulig forklaring på den observerede Lyman-alpha Blob.

Jim Geach, som er hovedforfatter til den nye forskningsartikel forklarer: "Man skal forestille sig en gadelampe en tåget nat - der vil man se et spredt skær omkring lampen, fordi lyset bliver spredt af de små vanddråber i tågen. Her sker der noget lignende, bortset fra, at vores gadelampe er en galakser med voldsom stjernedannelse, og tågen er en enorm sky af intergalaktisk gas. Galakserne får deres omgivelser til at lyse op."

Det er en stor udfordring at forstå, hvordan galakserne dannes og udvikler sig. Astronomerne mener, at Lyman-alpha Blobs er vigtige at studere, fordi det ser ud til, at det er her, de største galakser i Universet dannes. Det udbredte lys i Lyman-alphadelen af spektret fortæller dem, hvad der sker inde i de oprindelige skyer, som omgiver helt unge galakser. Det er områder i rummet, som er svære at studere, men meget vigtige for forståelsen af dannelsesprocesserne.

Jim Geach slutter, "Det helt elementært spændende ved disse klatter er, at vi her har en sjælden mulighed for at se, hvad der sker tæt omkring disse unge voksende galakser. Det har længe været diskuteret kraftigt, hvad der er årsag til disse udbredte Lyman-alphaområder. Ved at kombinere de nye observationer med avancerede simuleringer, mener vi nu at have løst en 15 år gammel gåde: Lyman-alpha Blob-1 er et område, hvor en stor elliptisk galakse en dag vil blive hjertet i en kæmpe galaksehob. Vi ser et øjebliksbillede af, hvordan den galakse bliver dannet, for 11,5 milliarder år siden."

Noter

[1] De negativt ladede elektroner, som kredser om den positivt ladede atomkerne har energitilstande, som er kvantiserede. Det vil sige, at elektronerne kun kan have helt skarpt definerede energier, og de kan kun ændre deres energi fra den ene tilstand til den anden ved at afgive eller modtage meget præcise pakker af energi - kvanter. Lyman-alphastråling opstår, når elektroner springer fra den næst-laveste energitilstand i hydrogenatomet til den laveste. Energiforskellen udsendes som lys med en helt præcis bølgelængde i det ultraviolette område af spektret. De bølgelængder kan astronomerne registrere fra jordoverfladen, såfremt der er tale om objekter med stor rødforskydning (dvs meget fjerne objekter). For LAB-1 er rødforskydningen z~3, og det betyder, at det ultraviolette Lyman-alphalys fra kilden er "strakt", så det får en bølgelængde i synligt lys. Atmosfæren tillader langt større mængder af synligt lys end ultraviolet lys at trænge ned til teleskoperne på Jorden.

[2] Opløsningsevnen er muligheden for at se, at to eller fler objekter er adskilte. Ved lav opløsning vil en mængde klare lyskilder langt væk flyde sammen til en enkelt lysende klat. Tættere på ville man kunne skelne de enkelte lyskilder. Istedet bygger man teleskoper med stor opløsningsevne. ALMA har med sin høje opløsningsevne kunnet skelne tre adskilte kilder i klatten her.

[3] De anvendte instrumenter er Space Telescope Imaging Spectograph (STIS) ombord i NASA/ESA Hubble Space Telescope og Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration (MOSFIRE), som er monteret på Keck 1 teleskopet på Hawaii.

Mere information

Forskningsresultaterne er beskrevet i en artikel med titlen “ALMA observations of Lyman-α Blob 1: Halo sub-structure illuminated from within” af J. Geach et al., artiklen bliver publiceret i Astrophysical Journal.

Forskerholdet består af J. E. Geach (Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire, Hatfield, UK), D. Narayanan (Department of Physics and Astronomy, Haverford College, Haverford PA, USA; Department of Astronomy, University of Florida, Gainesville FL, USA), Y. Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokyo, Japan; The Graduate University for Advanced Studies, Mitaka, Tokyo, Japan), M. Hayes (Stockholm University, Department of Astronomy and Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, Stockholm, Sverige), Ll. Mas-Ribas (Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo, Oslo, Norge), M. Dijkstra (Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo, Oslo, Norge), C. C. Steidel (California Institute of Technology, Pasadena CA, USA ), S. C. Chapman (Department of Physics and Atmospheric Science, Dalhousie University, Halifax, Canada ), R. Feldmann (Department of Astronomy, University of California, Berkeley CA, USA ), A. Avison (UK ALMA Regional Centre Node; Jodrell Bank Centre for Astrophysics, School of Physics and Astronomy, The University of Manchester, Manchester, UK), O. Agertz (Department of Physics, University of Surrey, Guildford, UK), Y. Ao (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokyo, Japan), M. Birkinshaw (H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Bristol, UK), M. N. Bremer (H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Bristol, UK), D. L. Clements (Astrophysics Group, Imperial College London, Blackett Laboratory, London, UK), H. Dannerbauer (Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Tenerife, Spanien; Universidad de La Laguna, Astrofísica, La Laguna, Tenerife, Spanien), D. Farrah (Department of Physics, Virginia Tech, Blacksburg VA, USA), C. M. Harrison (Centre for Extragalactic Astronomy, Department of Physics, Durham University, Durham, UK), M. Kubo (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokyo, Japan), M. J. Michałowski (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, UK), D. Scott (Department of Physics & Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Canada), M. Spaans (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Groningen, Nederlandene) , J. Simpson (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, UK), A. M. Swinbank (Centre for Extragalactic Astronomy, Department of Physics, Durham University, Durham, UK ), Y. Taniguchi (The Open University of Japan, Chiba, Japan), E. van Kampen (ESO, Garching, Tyskland), P. Van Der Werf (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, The Nederlandene), A. Verma (Oxford Astrophysics, Department of Physics, University of Oxford, Oxford, UK) and T. Yamada (Astronomical Institute, Tohoku University, Miyagi, Japan).

­ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, er et internationalt astronomisk observatorium, med ESO, US National Science Foundation (NSF) og National Institutes of Natural Sciences (NINS) i Japan i samarbejde med Chile. ALMAs finansieres af ESO (Det europæiske sydobservatorium), NSF i samarbejde med Canadas National Research Council og National Science Council i Taiwan, og af NINS i samarbejde med Academia Sinica i Taiwan og Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

 

Opbygning og drift af ALMA styres af ESO på vegne af medlemstaterne, af National Radio Observatory ved Associated Universities, Inc. på vegne af Nordamerika og af National Astronomical Observatory i Japan på vegne af Østasien. Organisationen Joint ALMA Observatory, JAO står for den fælles ledelse og styring af konstruktion og drift af ALMA.

 

ESO er den fremmeste fællesnationale astronomiorganisation i Europa, og verdens langt mest produktive jordbaserede astronomiske observatorium. 16 lande er med i ESO: Belgien, Brazilien, Danmark, Finland, Frankrig, Italien, Nederlandene, Polen, Portugal, Spanien, Sverige, Schweiz, Storbritannien, Tjekkiet, Tyskland og Østrig, og desuden værtsnationen Chile. ESO har et ambitiøst program, som gør det muligt for astronomer at gøre vigtige videnskabelige opdagelser. Programmet har focus på design, konstruktion og drift af stærke jordbaserede observatorier. Desuden har ESO en ledende rolle i formidling og organisering af samarbejde omkring astronomisk forskning. ESO driver tre enestående observatorier i verdensklasse i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO VLT, Very Large Telescope, som er verdens mest avancerede observatorium for synligt lys, samt to oversigtsteleskoper. VISTA, som observerer i infrarødt, er verdens største oversigtsteleskop, og VLT Survey Teleskopet er det største teleskop bygget til at overvåge himlen i synligt lys. ESO er en af de største partnere i ALMA, som er det største eksisterende astronomiprojekt. For tiden bygges E-ELT, et 39 m optisk og nærinfrarødt teleskop på Cerro Armazones, tæt ved Paranal. Det bliver "verdens største himmeløje".

Links

• Forskningsartiklen
• Billeder af ALMA
• Billeder af VLT

Kontakter

Jim Geach
Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire
Hatfield, UK
E-mail: j.geach@herts.ac.uk

Matthew Hayes
Stockholm University
Stockholm, Sweden
Tel: +46 (0)8 5537 8521
E-mail: matthew@astro.su.se

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@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 eso1632 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.