Lehdistötiedote

Primitiivisten tähtien piilopaikat paljastettu Linnunradan ulkopuolella

17. helmikuuta 2010

Linnunradan ulkopuolella vuosia piileskelleiden primitiivisimpien tähtien piilopaikat on vihdoin paljastettu. Galaktisen naapurustomme vanhimmat tähdet ovat olleet tutkijoille suuri astrofysikaalinen arvoitus, jonka ESOn VLT-teleskoopilla tehdyt uudet havainnot auttoivat ratkaisemaan. Tulokset vaikuttavat ratkaisevasti käsitykseemme universumin varhaisimmista tähdistä.

”Löysimme virheen tähän asti käyttämistämme tutkimusmenetelmistä. Uutta lähestymistapaa käyttämällä pystymme nyt paljastamaan primitiiviset tähdet, jotka piileskelevät muiden, paljon yleisempien tähtien joukossa”, kertoo tutkimuksen tuloksista raportoivan artikkelin pääkirjoittaja Else Starkenburg.

Primitiivisten tähtien ajatellaan syntyneen materiaalista, joka kehittyi pian alkuräjähdyksen jälkeen 13,7 miljardia vuotta sitten. Näissä tähdissä on tyypillisesti alle tuhannesosa Auringossa esiintyvästä määrästä vetyä ja heliumia raskaampia alkuaineita, minkä vuoksi niitä kutsutaan erittäin vähämetallisiksi tähdiksi [1]. Ne kuluvat lähiuniversumin ensimmäisiin tähtisukupolviin. Tällaiset tähdet ovat erittäin harvinaisia, ja niitä on pääasiassa havaittu Linnunradassa.

Kosmologit arvelevat, että Linnunradan tapaiset suuremmat galaksit ovat syntyneet pienempien galaksien yhteensulautumisesta. Linnunratamme erittäin vähämetallisten tai ”primitiivisten” tähtien populaatio on silloin ollut olemassa jo niissä kääpiögalakseissa, joista se aikoinaan muodostui. Samankaltaisia populaatioita pitäisi tällöin löytyä myös muista kääpiögalakseista. “Todisteet niiden olemassaolosta ovat toistaiseksi jääneet vähäisiksi. Viime vuosina tehdyissä laajoissa kartoituksissa ilmeni kerta toisensa jälkeen, että Linnunradan ja kääpiögalaksien kaikkein muinaisimmat tähtipopulaatiot eivät täsmänneetkään. Tämä oli kosmologisten mallien näkökulmasta yllättävää”, kertoo artikkelin toinen kirjoittaja Giuseppina Battaglia.

Alkuaineiden runsautta mitataan spektreistä, jotka toimivat tähtien kemiallisina sormenjälkinä [2]. Kääpiögalaksien alkuaineiden runsauksia ja säteisnopeuksia tutkiva DART-tutkimusryhmä [3] mittasi yli 2 000 yksittäisen jättiläistähden spektrit ESOn VLT-teleskooppiin (Very Large Telescope) asennetulla FLAMES-instrumentilla. Tutkitut tähdet sijaitsevat Linnunradan neljässä naapurigalaksissa: Sulatusuunin, Kuvanveistäjän, Sekstantin ja Kölin kääpiögalakseissa. Koska kääpiögalaksit sijaitsevat tyypillisesti 300 000 valovuoden eli noin kolme kertaa Linnunrataa suuremman välimatkan päässä, vain spektrin erottuvimmat piirteet voitiin mitata. Kääpiögalakseista saatiin ikään kuin vain heikko, tahriintunut sormenjälki. Tutkimusryhmä havaitsi, että yksikään kerätyn laajan sormenjälkikokoelman spektreistä ei näyttänyt kuuluvan harvinaisille, erittäin vähämetallisille tähdille, joita tutkijat yrittivät nyt löytää myös Linnunradan ulkopuolelta.

Starkenburgin vetämä tutkijaryhmä onnistui valottamaan kyseistä ongelmaa vertailemalla spektrejä huolellisesti tietokonepohjaisiin malleihin. Tutkijat havaitsivat, että tavallisen vähämetallisen tähden ja erittäin vähämetallisen tähden kemiallisten sormenjälkien välillä on vain hiuksenhienoja eroja. Tämä selittää, miksi tunnistaminen ei onnistunut aiemmilla menetelmillä.

ESOn VLT-teleskooppiin asennetun UVES-instrumentin tuottamien aiempaa paljon tarkempien spektrien avulla tähtitieteilijät vahvistivat myös, että lukuisat erittäin vähämetalliset tähdet olivat tähän saakka jääneet lähes tuntemattomiksi. ”Aiempiin himmeisiin sormenjälkiin verrattuna tämä oli kuin olisimme päässeet katsomaan sormenjälkeä mikroskoopin läpi. Ikävä vain, että ainoastaan pientä määrää tähtiä voidaan havainnoida tällä tavalla, koska menetelmä on hyvin aikaa vievä”, selittää tutkimusryhmän jäsen Vanessa Hill.

“Kääpiögalakseista löytyneistä erittäin vähämetallisista tähdistä kolmessa on raskaita alkuaineita vain 1/3 000–1/10 000 Auringossa havaitusta määrästä. Tähän joukkoon lasketaan mukaan ennätyksen nykyinen haltija, primitiivisin Linnunradan ulkopuolelta löytynyt tähti”, kertoo tutkimusryhmän jäsen Martin Tafelmeyer.

”Tutkimustyömme ei vain paljastanut joitakin näiden galaksien ensimmäisistä, hyvin kiinnostavista tähdistä. Tulokseksi saatiin myös uusi, tehokas tekniikka, jolla tällaisia tähtiä löytyy jatkossa lisää. Piilopaikat on nyt lopullisesti paljastettu!” Starkenburg jatkaa.

Lisähuomiot

[1] Tähtitieteessä käytetyn määritelmän mukaan ”metalleja” ovat kaikki vetyä ja heliumia raskaammat alkuaineet. Nämä metallit ovat muutamaa kevyttä sivualkuainetta lukuun ottamatta lukuisten tähtisukupolvien synnyttämiä.

[2] Kuten sateenkaarista nähdään, valkoinen valo voidaan hajottaa eri väreiksi. Tähtitieteilijät hajottavat kaukaisista kohteista samaansa valon eri väreiksi (eli aallonpituuksiksi) keinotekoisesti. Kun ihmissilmä erottaa sateenkaaresta seitsemän väriä, tähtitieteilijät kartoittavat satoja eri vivahteita. Tulosta kutsutaan spektriksi. Se on oikeastaan erittely siitä, millaisia valomääriä kappale lähettää kullakin kapealla värikaistalla. Spektrin yksityiskohdat – tietynväristen valojen muita suuremmat osuudet – antavat viitteitä valoa lähettävän kappaleen kemiallisesta koostumuksesta.

[3] DART-tutkimusryhmään (Dwarf galaxies Abundances and Radial-velocities Team) kuuluu jäseniä kaikkiaan yhdeksän eri maan tutkimuslaitoksista.

Lisätietoa

Hankkeen tutkimustulokset on esitelty Astronomy and Astrophysics -lehdessä ilmestyvässä artikkelissa (”The NIR Ca II triplet at low metallicity”, E. Starkenburg et al.). Tekeillä on myös toinen artikkeli (Tafelmeyer et al.), jossa esitetään useiden primitiivisten tähtien UVES-mittaustulokset.

Tutkimusryhmään kuuluvat Else Starkenburg, Eline Tolstoy, Amina Helmi ja Thomas de Boer (Kapteynin astronominen instituutti, Groningenin yliopisto, Hollanti), Vanessa Hill (Laboratoire Cassiopée, Université de Nice Sophia Antipolis, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Ranska), Jonay I. González Hernández (Observatoire de Paris, CNRS, Meudon, Ranska ja Universidad Complutense de Madrid, Espanja), Mike Irwin (Cambridgen yliopisto, Iso-Britannia), Giuseppina Battaglia (ESO), Pascale Jablonka ja Martin Tafelmeyer (Université de Genève, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Sveitsi), Matthew Shetrone (Texasin yliopisto, McDonaldin observatorio, Yhdysvallat) ja Kim Venn (Victorian yliopisto, Kanada).

ESO (European Southern Observatory, Euroopan eteläinen observatorio) on tähtitieteen keskeinen eurooppalainen hallitustenvälinen organisaatio. Se on tuottavuudella mitattuna maailman johtava tähtitieteellinen observatorio. Sen toimintaa tukee 14 maata: Alankomaat, Belgia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekki. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maassa sijaitsevien tutkimusvälineiden kehittämiseen, rakentamiseen ja toimintaan. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä tärkeitä tieteellisiä havaintoja. ESOlla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen ja kansainvälisen yhteistyön edistämisessä. ESOlla on Chilessä kolme huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESOlla on Paranalissa VLT-teleskooppi (Very Large Telescope), maailman kehittynein näkyvän valon aallonpituuksia havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, sekä VISTA, maailman suurin kartoituskaukoputki. ESO on maailman suurimman tähtitieteen alan projektin, täysin uudenlaisen ALMA-teleskoopin, eurooppalainen yhteistyökumppani. ESO suunnittelee 42-metristä E-ELT-teleskooppia (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope, eurooppalainen erittäin suuri optinen/lähi-infrapuna-alueen teleskooppi), josta tulee maailman suurin tähtitaivasta tarkkaileva silmä.

Linkit

• Tieteellinen artikkeli

Yhteystiedot

Else Starkenburg
Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen
The Netherlands
Puh.: +31 50 363 8447
Sähköposti: else@astro.rug.nl

Giuseppina Battaglia
ESO
Puh.: +49 89 3200 6362
Sähköposti: gbattagl@eso.org

Lars Lindberg Christensen
Head of the ESO education and Public Outreach Department
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 320 06 761
Matkapuhelin: +49 173 38 72 621
Sähköposti: lars@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media