Lehdistötiedote

Kosminen sumu hälvenee - Kaikkien aikojen etäisin galaksi

20. lokakuuta 2010

Eurooppalainen tähtitieteilijäryhmä on määrittänyt suurimman tähän mennessä millekään galaksille mitatun etäisyyden käyttäen ESO:n VLT-teleskooppia. Galaksin erittäin himmeää hehkua tarkasti analysoimalla he havaitsivat, että valo on lähtenyt liikkeelle, kun maailmankaikkeus oli vain 600 miljoonaa vuotta vanha (punasiirtymällä 8.6). Nämä ovat ensimmäiset vahvistetut havainnot galaksista, jonka valo läpäisee tuohon asti maailmankaikkeuden täyttäneen läpikuultamattoman vetysumun. Tulokset ilmestyvät tiedejulkaisu Naturen lokakuun 21. päivän painoksessa.

"Käyttäen ESO:n VLT-teleskooppia olemme vahvistaneet, että aiemmin Hubblen avaruusteleskoopilla löydetty galaksi on maailmankaikkeuden etäisin tähän mennessä löydetty kohde" [1], kertoo Matt Lehnert (Observatoire de Paris), joka on tuloksista kertovan artikkelin pääkirjoittaja. "VLT:n ja sen SINFONI-spektrograafin tehokkuus mahdollistavat tämän erittäin himmeän galaksin etäisyyden mittaamisen ja voimme todeta, että näemme sen, kun maailmankaikkeus oli alle 600 miljoonan vuoden ikäinen."

Näiden ensimmäisten galaksien tutkiminen on erittäin haastavaa. Siihen mennessä kun niistä alkuunsa kirkkaana lähtenyt valo saapuu Maapallolle, näyttävät galaksit himmeiltä ja pieniltä. Tämän lisäksi heikko valo on pääasiassa spektrin infrapuna-alueella, valon aallonpituuden venyttyä maailmankaikkeuden laajenemisen johdosta - efekti, jota kutsutaan punasiirtymäksi. Tilannetta pahentaa, että varhainen, alle miljardin vuoden ikäinen maailmankaikkeus ei ollut täysin läpinäkyvä ja suuri osa siitä oli vetysumua, joka absorboi nuorten galaksien polttavan ultraviolettivalon. Aikakautta, jolloin tämä ultraviolettivalo häivytti sumun, kutsutaan reionisaatioksi [2]. Näistä haasteista huolimatta NASA/ESA:n Hubblen avaruusteleskoopin uusi laajakulmakamera, Wide Field Camera 3, havaitsi useita lupaavia reonisaatioaikana hohtaviksi galakseiksi uskottuja kohteita vuonna 2009 [3]. Tällaisten himmeiden ja etäisten galaksien etäisyyden vahvistaminen on valtava haaste ja onnistuu luotettavasti vain erittäin suurten maanpäällisten teleskooppien spektroskoopeilla [4], galaksien valon punasiirtymä mittaamalla.

Matt Lehner jatkaa kertomusta: "Saatuamme ilmoituksen Hubblen löytämistä galaksikandidaateista teimme pikaisen laskelman ja innostuimme huomatessamme, että VLT-teleskoopin valtaisa valonkeräyskyky, yhdistettynä SINFONI-infrapunaspektroskoopin tarkkuuteen, saattaisi juuri mahdollistaa näiden etäisten galaksien heikon valon havaitsemiseen ja etäisyysmääritykseen."

ESO:n pääjohtajan erityisestä pyynnöstä he saivat havaintoaikaa VLT-teleskoopilta ja havaitsivat galaksia UDFy-38135539 [5] kuudentoista tunnin ajan. Kahden kuukauden huolellisen analyysin jälkeen ryhmä huomasi, että he olivat selvästi havainneet punasiirtymällä 8.6 sijaitsevan vedyn heikon hehkun, mikä tekee tästä galaksista etäisimmän kohteen, joka on milloinkaan vahvistettu spektroskopialla. Punasiirtymä 8.6 vastaa sitä, että galaksi nähdään vain 600 miljoonan vuoden ikäisessä maailmankaikkeudessa.

Artikkelin kirjoituskumppani Nicole Nesvadba (Institut d'Astrophysique Spatiale) tekee yhteenvedon: "Kaikkein etäisimmän galaksin punasiirtymän mittaaminen on jo sinänsä hyvin jännittävää, mutta havainnon astrofysikaaliset seuraamukset ovat vielä merkittävämpiä. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tiedämme varmaksi, että katsomme galaksia, joka on häivyttänyt varhaisen maailmankaikkeuden täyttäneen sumun."

Yksi yllättävä piirre havainnossa on, että UDFy-38135539 ei näytä olevan itsessään riittävän kirkas hälventääkseen vetysumun. "Täytyy olla muita galakseja, todennäköisesti himmeämpiä ja vähemmän massivisia UDFy-38135539:n lähikumppaneita, jotka auttoivat galaksia ympäröivää avaruutta tulemaan läpinäkyväksi. Ilman tätä lisäapua galaksin valo, riippumatta kuinka kirkas se oli, olisi jäänyt ympäröivän vetysumun vangiksi emmekä olisi voineet havaita sitä," selostaa kirjoituskumppani Mark Swinbank (University of Durham).

Kirjoituskumppani Jean-Gabriel Cuby (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille) lisää: "Reionisaation ja galaksien muodostuksen tutkimus venyttää nykyisten teleskooppien ja havaintolaitteiden kykyjä äärimmilleen, mutta tämä on juuri senkaltaista tiedettä, jota tehdään rutiinilla, kun toimintansa aloittaa ESO:n E-ELT-teleskooppi - josta tulee maailman suurin optisen ja lähi-infrapuna-alueen teleskooppi."

Lisähuomiot

[1] Aikaisempi ESO:n havainto (eso0405) raportoi kohteessa suuremmalla etäisyydellä (punasiirtymällä 10). Täydentävä työ epäonnistui kuitenkin löytämään samankirkkauksista kohdetta samassa paikassa, ja vielä uudemmat NASA:n ja Hubblen avaruusteleskoopin havainnot eivät ovat olleet vakuuttavia. Useimmat tähtitieteilijät eivät enää pidä pätevinä tämän kohteen identifikaatiota suuren punasiirtymän galaksina.

[2] Kun maailmankaikkeus jäähtyi alkuräjähdyksen jälkeen, noin 13.7 miljardia vuotta sitten, elektronit ja protonit yhdistyivät vetykaasuksi. Tämä viileä, pimeä kaasu oli maailmankaikkeuden pääainesosa niinkutsuttuna Pimeänä aikana, jolloin valoa loistavia kohteita ei vielä ollut. Tämä vaihe päättyi ensimmäisten tähtien muodostuessa ja niiden voimakkaan ultraviolettivalon vähitellen tehdessä vetysumun läpinäkyväksi hajoittamalla vetyatomit uudelleen elektroneiksi ja protoneiksi prosessissa, jota kutsutaan reionisaatioksi. Tämä maailmankaikkeuden varhaisen historian vaihe oli noin 150 miljoonasta 800 miljoonaan vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Sen ymmärtäminen kuinka reionisaatio tapahtui ja kuinka ensimmäiset galaksit muodostuivat ja kehittyivät, on yksi modernin kosmologian suuria haasteita.

[3] Nämä Hubblen havainnot kuvaillaan osoitteessa:
http://www.spacetelescope.org/news/heic1001/

[4] Tähtitieteilijöillä on kaksi päätapaa löytää varhaisimpia galakseja ja mitata niiden etäisyyksiä. He voivat ottaa oikein pitkän valotuksen kuvia erivärisillä suotimilla ja mitata monien kohteiden kirkkauden eri aallonpituuksilla. He voivat sitten verrata näitä siihen mitä odotetaan erityyppisiltä galakseilta eri aikoina maailmankaikkeuden kehitystä. Tämä on tällä hetkellä ainoa tapa löytää näitä erittäin himmeitä galakseja ja tätä tapaa käyttää Hubblen tutkijaryhmä. Mutta tämä menetelmä ei ole aina luotettava. Esimerkiksi se mikä näyttää himmeältä, erittäin kaukaiselta galaksilta saattaa joskus olla tavanomainen, viileä tähti omassa Linnunradassamme.

Kun kandidaattikohteita on löydetty, parempi arvio etäisyydestä (mitattuna punasiirtymänä) saadaan hajottamalla kohteen valo osatekijöihinsä ja etsimällä paljastavia merkkejä vedyn tai muiden alkuaineiden emissiosta galaksissa. Tämä spektroskooppinen lähestymistapa on ainoa, jolla tähtitieteilijät voivat mitata luotettavan ja tarkan etäisyyden.

[5] Omituinen nimi tarkoittaa, että kohde on löydetty Ultra Deep Field -mittauksesta ja numero antaa sen tarkan sijainnin taivaalla.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tieteellisessä julkaisussa, Spectroscopic confirmation of a galaxy at redshift z=8.6; kirjoittaja Lehnert et al., julkaistu Naturessa 21. lokakuuta 2010.

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

ESO, Euroopan eteläinen observatorio, on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 14 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla Very Large Telescope (VLT), maailman kehittynein näkyvää valoa havainnoiva tähtitieteellinen observatorio, sekä VISTA, maailman suurin kartoitusteleskooppi. ESO on maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, vallankumouksellisen ALMA-teleskoopin eurooppalainen yhteistyökumppani. Parhaillaan ESO suunnittelee 42-metristä optisen/lähi-infrapuna-alueen European Extremely Large -teleskooppia (E-ELT) josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu: Naturen artikkeli
• Lisätietoja reionisaatiosta: http://en.wikipedia.org/wiki/Reionization
• Marcelo Alvarezin simulaatioita reionisaatiosta: http://www.cita.utoronto.ca/~malvarez/index.shtml

Yhteystiedot

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

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

Mark Swinbank
Durham University
United Kingdom
Puh.: +44 191 334 3786
Matkapuhelin: +44 7920 727 126
Sähköposti: a.m.swinbank@durham.ac.uk

Douglas Pierce-Price
ESO Public Information Officer
Garching, Germany
Puh.: +49 89 3200 6759
Sähköposti: dpiercep@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