Lehdistötiedote

Varhaisen maailmankaikkeuden pimeät galaksit on havaittu ensimmäisen kerran

11. heinäkuuta 2012

Ensimmäistä kertaa on havaittu pimeitä galakseja teorioiden ennustamasta ja tähän mennessä havaitsematta jääneestä galaksienmuodostuksen varhaisesta vaiheesta. Nämä galaksit ovat pohjimmaltaan runsaskaasuisia galakseja, joissa ei ole tähtiä. Käyttäen ESO:n VLT-teleskoooppia on kansainvälinen tutkijaryhmä löytänyt näitä piilottelevia kohteita havainnoiden niiden hehkua kvasaarien valossa.

Pimeät galaksit ovat pieniä, runsaskaasuisia ja huonosti tähtiä muodostavia varhaisen maailmankaikkeuden galakseja. Galaksienmuodostuksen teoriat ennustivat ne ja niiden ajatellaan olevan nykyisten, kirkkaiden, tähtien täyttämien galaksien rakennusosasia. Tähtitieteilijät ajattelevat, että ne ovat syöttäneet suuria galakseja suurella osalla kaasustaan, joka myöhemmin muodosti nykyään näkyvät tähdet.

Koska nämä pimeät galaksit ovat periaatteessa tähdettömiä ne eivät säteile paljoa valoa, mikä tekee niiden havaitsemisesta hyvin vaikeaa. Vuosia tähtitieteilijät ovat yrittäneet kehittää uusia menetelmiä näiden galaksien olemassaolon varmistamiseen. Pienet absroptiokuopat taustalla olevien valonlähteiden spekreissä ovat vihjanneet niiden olemassaolosta. Tämä uusi tutkimus on kuitenkin osoitus ensimmäisestä kerrasta, kun tällaiset kohteet on nähty suoraan.

"Lähestyimme pimeän galaksin havaitsemisen ongelmaa yksinkertaisesti suuntaamalla kirkkaan valon siihen." selittää Simon Lilly (ETH Zürich, Sveitsi), tutkimusjulkaisun kirjoittajia. "Me etsimme pimeiden galaksien kaasun fluoresoivaa hohdetta niiden ollessa läheisen ja hyvin kirkkaan kvasaarin ultravioletti valon valaisemina. Kvasaarin valo saa pimeät galaksit kirkastumaan samankaltaisessa prosessissa kuin kuinka valkoiset vaatteet valaistuvat yökerhon ultraviolettilamppujen valossa." [1]

Tutkimusryhmä käytti hyväkseen VLT-teleskoopin herkkyyttä ja peilin suurta valonkeruualaa, sekä sarjaa hyvin pitkä valotuksia, havaitakseen pimeiden galaksien äärimmäisen heikon fluoresoivan hohteen. He käyttivät FORS2-havaintolaitetta kartoittaakseen taivaalta aluetta kirkkaan kvasaarin [2] HE 0109-3518 ympärillä etsiessään voimakkaalle säteilylle altistetun vetykaasun säteilemää ultraviolettivaloa. Maailmankaikkeuden laajenemisen johdosta tämä valo havaitaan itse asiassa violetin sävyisenä sen ehtiessä VLT-teleskoopille asti. [3]

"Useiden vuosien yritysten jälkeen havaita pimeiden galaksien fluoresoivaa säteilyä, tuloksemme osoittavat menetelmämme mahdollisuudet havaita ja tutkia näitä kiehtovia ja aiemmin näkymättömiä kohteita," sanoo Sebastiano Cantalupo (University of California, Santa Cruz), tutkimuksen pääkirjoittaja.

Tutkimusryhmä havaitsi lähes 100 kaasumaista kohdetta, jotka sijaitsevat muutaman miljoonan valovuoden säteellä kvasaarista. Galaksien sisäisen tähtienmuodostuksen aiheuttaman säteilyn valaisemien kohteiden pois sulkemiseen suunnitellun huolellisen analyysin jälkeen he lopulta rajoittivat etsintänsä 12 kohteeseen. Nämä ovat vakuuttavimmat varhaisen maailmankaikkeuden pimeiden galaksien tunnistamiset tähän mennessä.

Tähtitieteilijät kykenivät myös määrittämään joitakin pimeiden galaksien ominaisuuksia. He arvioivat, että niiden kaasun massa on noin miljardi Auringon massaa, mikä on tyypillinen arvo varhaisen maailmankaikkeuden runsaskaasuisille, pienen massan galakseille. He kykenivät myös arvioimaan, että tähtienmuodostuksen tehokkuus on vaimentunut alle sadasosaan saman kosmisen ajanjakson tyypillisiin tähtiä muodostaviin galakseihin. [4]

"VLT:llä tekemämme havainnot ovat tarjonneet todistusaineistoa kompaktien ja eristäytyneiden pimeiden pilvien olemassaololle. Tällä tutkimuksella olemme ottaneet kriittisen askeleen kohti galaksienmuodostuksen huonosti tunnettujen, varhaisten vaiheiden ja niiden kaasun hankkimistapojen selvittämistä ja ymmärtämistä", päättää Sebastiano Cantalupo.

VLT:llä vuonna 2013 käyttöönotettava MUSE-spektrograafi tulee olemaan erittäin tehokas työkalu tällaisten kohteiden tutkimuksessa.

Lisähuomiot

[1] Fluoresenssi on valonlähteen valaiseman aineen säteilemää valoa. Useimmissa tapauksissa säteillyllä valolla on pitempi aallonpituus kuin valonlähteen valolla. Esimerkiksi flouresoivat lamput muuntavat meille näkymättömän ultraviolettisäteilyn näkyväksi valoksi. Fluoresenssia esiintyy luonnollisesti joissakin yhdisteissä, kuten kivissä ja mineraaleissa, mutta se voidaan myös lisätä tarkoituksella kuten puhdistusaineissa, jotka sisältvät fluoresoivia kemikaaleja valkoisten vaatteiden saamiseksi kirkkaammiksi normaalissa valossa.

[2] Kvasaarit ovat hyvin kirkkaita, kaukaisia galakseja, joiden ajatellaan saavan energiansa niiden keskustassa olevasta supermassiivisesta mustasta aukosta. Niiden kirkkaus tekee niistä tehokkaita majakoita, jotka auttavat valaisemaan ympäröivää aluetta ja tutkimaan ajanjaksoa, jolloin ensimmäiset tähdet ja galaksit olivat muodostumassa alkuräjähdyksen muodostamasta kaasusta.

[3] Tämä vedyn säteily tunnetaan Lyman-alfa -säteilynä ja se muodostuu, kun vetyatomien elektronit putoavat toiseksi alimmalta alimmalle energiatasolle. Näin muodostuu ultraviolettivaloa. Koska maailmankaikkeus laajenee, kohteista tulevan valon aallonpituus venyy valon kulkiessa avaruudessa. Mitä pitemmälle valo matkaa, sitä enemmän sen aallonpituus venyy. Koska punainen on pisin paljaalle silmälle näkyvä aallonpituus, on tämä prosessi kirjaimellisesti aallonpituuden siirtymä kohti spektrin punaista päätä. Tästä juontuu nimi punasiirtymä. Kvasaari HE 0109-3518 sijaitsee punasiirtymällä z = 2.4 ja pimeiden galaksien ultraviolettivalo on siirtynyt spektrin paljain silmin näkyvään osaan. Kapeakaistainen suodin suunniteltiin erityisesti eristämään tietty valon aallonpituus, jolle fluoresoiva säteily on punasiirtynyt. Vain 4 nanometrin kaistanleveyden suodin keskitettiin 414.5 nanometrin ympärille, jotta saatiin taltioitua z=2.4 -punasiirtynyt, violetin sävyä vastaava Lyman-alfa -säteily.

[4] Tähtienmuodostuksen tehokkuus on hiljattain muodostuneiden tähtien massa tähtien muodostamiseen käytettävissä olevan kaasun massaan verrattuna. Tulos sopii hyvin yhteen tuoreisiin teoreettisiin tutkimuksiin, jotka ovat esittäneet, että suuren punasiirtymän runsaskaasuisilla, matalamassaisilla haloilla on hyvin matala tähtienmuodostuksen tehokkuus seurauksena niiden matalasta metallisuudesta.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tieteellisessä artikkelissa "Detection of dark galaxies and circum-galactic filaments fluorescently illuminated by a quasar at z=2.4", kirjoittajinaan Cantalupo et al. Artikkeli ilmestyy tiedejulkaisussa Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Tutkimusryhmään kuuluvat Sebastiano Cantalupo (University of California, Santa Cruz, USA), Simon J. Lilly (ETH Zurich, Sveitsi) ja Martin G. Haehnelt (Kavli Institute for Cosmology, Cambridge, Iso-Britannia).

Euroopan eteläinen observatorio (ESO) viettää vuonna 2012 perustamisensa 50-vuotisjuhlaa. ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 15 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, 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, ja kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja on maailman suurin kartoitusteleskooppi. VLT Survey Telescope on suurin vartavasten taivaan näkyvän valon kartoitukseen suunniteltu teleskooppi. ESO on maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, vallankumouksellisen ALMA-teleskoopin eurooppalainen yhteistyökumppani. Parhaillaan ESO suunnittelee 40-metrin kokoluokan optisen/lähi-infrapuna-alueen European Extremely Large -teleskooppia (E-ELT) josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu
• Valokuvia VLT-teleskoopista
• Muita kuvia, jotka on otettu VLT-teleskoopilla

Yhteystiedot

Sebastiano Cantalupo
University of California
Santa Cruz, USA
Puh.: +1 831 459 5891
Sähköposti: cantal@ucolick.org

Simon J. Lilly
Institute for Astronomy, ETH Zurich
Zurich, Switzerland
Puh.: +41 44 633 3828
Sähköposti: simon.lilly@phys.ethz.ch

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT & Survey Telescopes Press Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
Sähköposti: rhook@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