Lehdistötiedote

ALMA kirjoittaa uusiksi maailmankaikkeuden tähtien vauvabuumin historiaa

Ennätyksiä rikkova etäisten galaksien apaja käsittää etäisimmän tähän mennessä julkaistun havainnon vedestä

13. maaliskuuta 2013

ALMA-teleskoopilla (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) tehdyt havainnot osoittavat, että maailmankaikkeuden voimakkain tähtienmuodostusvaihe oli paljon aiemmin oletettua aikaisemmin. Tulokset julkaistiin sarjassa tutkimusjulkaisuja, jotka julkaistiin tiedejulkaisu Naturen numerossa 14. maaliskuuta 2013 ja tiedejulkaisussa Astrophysical Journal. Tutkimus on tuorein esimerkki uudelta, tänään käyttöön vihittävältä kansainväliseltä ALMA-observatoriolta tulevista havainnoista.

Kiivaimman tähtiensyntyvaiheen oletetaan tapahtuneen massiivisissa, kirkkaissa galakseissa varhaisessa maailmankaikkeudessa. Nämä tähtiryöppygalaksit muuttavat valtavia kosmisen kaasun ja tomun määriä uusiksi tähdiksi kiivasta tahtia — useita satoja kertoja nopeammin kuin oman galaksimme, Linnunradan kaltaiset ylväät spiraaligalaksit. Katsomalla kauas avaruuteen, niin kaukaisia galakseja, että niiden valolta on kestänyt useita miljardeja vuosia saavuttaa meidät, tähtitieteilijät voivat havaita tätä vilkasta vaihetta maailmankaikkeuden nuoruudessa.

"Mitä kaukaisempi galaksi on, sitä kauemmas ajassa katsotaan. Mittaamalla niiden etäisyyksiä voimme siten koota kasaan aikajanan siitä kuinka kiihkeästi maailmankaikkeus teki uusia tähtiä eri vaiheissa 13.7 miljardin vuoden historiaansa," sanoo Joaquin Vieira (California Institute of Technology, USA), joka johti tutkimusryhmää ja on julkaisusarja Naturessa julkaistavan artikkelin pääkirjoittaja.

Kansainvälisen tutkijaryhmän tutkijat havaitsivat nämä kaukaiset ja arvoitukselliset tähtiryöppygalaksit ensimmäisenä Yhdysvaltain kansallisen tiedesäätiön 10-metrisellä SPT-teleskoopilla (South Pole Telescope) ja käyttivät sitten ALMA:a zoomatakseen niihin ja tutkiakseen nuoren maailmankaikkeuden vauvabuumia. He yllättyivät havaitessaan, että monet näistä etäisistä, tomuisista, tähtiä muodostavista galakseista ovat jopa aikaisemmin oletettua kauempana. Tämä tarkoittaa sitä, että keskimäärin niiden tähtien synnyn ryöpyt tapahtuivat 12 miljardia vuotta sitten, kun maailmankaikkeus oli hieman alle 2 miljardia vuotta vanha eli täydet miljardi vuotta aikaisemmin kuin aiemmin ajateltiin.

Kaksi galaksia näistä ovat lajinsa etäisimmät koskaan havaitut. Ne ovat niin kaukana, että niiden valo aloitti matkansa, kun maailmankaikkeus oli vain miljardin vuoden ikäinen. Lisäksi toisesta näistä ennätyksen rikkojista on havaittu vesimolekyylejä, mikä tarkoittaa kaikkein etäisintä julkaistua havaintoa vedestä maailankaikkeudessa.

Tutkimusryhmä käytti ALMA:n vertaansa vailla olevaa herkkyyttä taltioidakseen valoa 26:sta näistä galakseista noin kolmen millimetrin aallonpituuksilla. Näiden galaksien kaasumolekyylit voivat tuottaa valoa tietyillä aallonpituuksilla ja nämä aallonpituudet venyvät maailmankaikkeuden laajenemisen johdosta miljardien vuosien aikana, joka valolta kestää saavuttaa meidät. Mittaamalla venyneitä aallonpituuksia tähtitieteilijät voivat laskea kuinka kauan valon matka on kestänyt ja sijoittaa jokaisen galaksin oikeaan kohtaan kosmoksen historiaa.

"ALMA:n herkkyys ja laaja aallonpituusalue tarkoittavat, että saatoimme tehdä mittauksemme vain jokusessa minuutissa galaksia kohden, mikä on noin sata kertaa nopeammin kuin aikaisemmin," sanoo Axel Weiss (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Saksa), joka johti galaksien etäisyyksien mittausprojektia. "Aikaisemmin tämänkaltaiset mittaukset olisivat olleet työläs prosessi, jossa yhdistetään aineistoa sekä näkyvän valon että radioteleskoopeilta."

Suurimmassa osassa tapauksista ALMA:n havainnot saattoivat yksin osoittaa etäisyyden, mutta joidenkin galaksien tapauksessa tutkimusryhmä yhdisti ALMA:n havaintoaineiston muilla teleskoopeilla tehtyihin mittauksiin. Näihin sisältyivät APEX-teleskooppi (Atacama Pathfinder Experiment) ja ESO:n VLT-teleskooppi [1].

Tähtitieteilijät käyttivät vain osittaista 16 teleskoopin sarjaa ALMA:n koko 66 jättiläisantennin kokoelmasta, sillä observatorio oli yhä rakenteilla 5000 metrin korkeudella merenpinnasta syrjäisellä Chajnantorin ylätasangolla Chilen Andeilla. Valmistuttuaan ALMA on vieläkin herkempi ja kykenee havaitsemaan yhä himmeämpiä galakseja. Tähän tutkimukseen tähtitieteilijät valitsivat kirkkaimpia. He hyödynsivät myös luonnon auttavaa kättä käyttämällä gravitaatiolinssi-ilmiötä, jonka Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria ennusti. Siinä etäisestä galaksista tuleva valo vääristyy lähempänä olevan, linssinä toimivan etualan galaksin painovoiman johdosta ja sa etäisen kohteen näyttämään kirkkaammalta.

Ymmärtääkseen tarkasti kuinka paljon tämä gravitaatiolinssi-ilmiö kirkasti galaksien kuvia tutkimusryhmä teki niistä terävämpiä kuvia käyttäen lisäksi ALMA:n havaintoja noin 0.9 millimetrin aallonpituuksilla.

"Nämä kauniit ALMA:n kuvat esittävät taustan galakseja vääristyneinä moninkertaisiksi valon kaariksi, jotka tunnetaan Einsteinin renkaina, jotka ympäröivät etualan galakseja," sanoo Yashar Hezaveh (McGill University, Montreal, Kanada), joka johti gravitaatiolinssi-ilmiötutkimusta. "Me käytämme miljardien valovuosien etäisyyksillä olevia galakseja ympäröiviä valtavia pimeän aineen määriä kosmisina teleskooppeina saadaksemme vieläkin etäisemmät galaksit näyttämään suuremmilta ja kirkkaammilta."

Vääristymän analysointi paljastaa, että jotkin etäisistä, tähtiä muodostavista galakseista ovat yhtä kirkkaita kuin 40 biljoonaa (40 miljoonaa miljoonaa) Aurinkoa ja että gravitaatiolinssi-ilmiö on kirkastanut niitä 22-kertaisiksi.

"Vain muutamia gravitaatiolinssigalakseja on löydetty ennen näitä alimillimetriaallonpituuksia, mutta nyt SPT- ja ALMA-teleskoopit ovat löytäneet niitä tusinoittain," sanoi Carlos De Breuck (ESO), tutkimusryhmän jäsen. "Tämänkaltaista tiedettä tehtiin aikaisemmin lähinnä näkyvän valon aallonpituuksilla käyttäen Hubblen avaruusteleskooppia, mutta meidän tuloksemme osoittavat, että ALMA on hyvin tehokas uusi toimija alalla."

"Tämä on loistava esimerkki maailmanlaajuisen tähtitieteilijäryhmän yhteistyöstä huippulaitteita käyttäen saatujen hämmästyttävien löytöjen tekemiseksi," sanoi ryhmän jäsen Daniel Marrone (University of Arizona, USA). "Tämä on vasta ALMA:n toiminnan ja näiden tähtiryöppygalaksien tutkimuksen alkua. Seuraavassa vaiheessa tutkimme näitä kohteita yksityiskohtaisemmin ja selvitämme täsmälleen kuinka ja miksi ne muodostavat tähtiä niin suunnatonta tahtia."

Lisähuomiot

[1] Täydentäviä havaintoja tehtiin APEX-teleskoopilla, VLT-teleskoopilla, ATCA-teleskoopilla (Australia Telescope Compact Array) ja SMA-teleskoopilla (Submillimeter Array).

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tieteellisessä artikkelissa “Dusty starburst galaxies in the early Universe as revealed by gravitational lensing”, jonka kirjoittivat J. Vieira et al. ja joka julkaistiin julkaisusarjassa Nature. Galaksien etäisyyksien mittaamista käsittelevä työ esitettiin artikkelissa “ALMA redshifts of millimeter-selected galaxies from the SPT survey: The redshift distribution of dusty star-forming galaxies”, jonka kirjoittivat A. Weiss et al. ja joka julkaistiin julkaisusarjassa Astrophysical Journal. Gravitaatiolinssitutkimus esitettiin artikkelissa “ALMA observations of strongly lensed dusty star-forming galaxies”, jonka kirjoittivat Y. Hezaveh et al. ja joka myös julkaistiin julkaisusarjassa Astrophysical Journal.

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) on yhteistyöhanke johon osallistuvat Eurooppa, Pohjois-Amerikka ja Itä-Aasia yhteistyössä Chilen kanssa. ALMA:a rahoittavat Euroopassa Euroopan eteläinen observatorio (ESO), Pohjois-Amerikassa Yhdysvaltain kansallinen tiedesäätiö (NSF) yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiedeneuvoston (NSC) kanssa, ja Itä-Aasiassa Japanin kansalliset luonnontieteelliset instituutit (NINS) yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) kanssa. ALMA:n rakentamista ja toimintaa ohjaa Euroopan osalta ESO, Pohjois-Amerikan osalta Kansallinen radiotähtitieteen observatorio (NRAO), jota hallinnoi Associated Universities, Inc. (AUI), ja Itä-Aasian osalta Japanin Kansallinen tähtitieteellinen observatorio (NAOJ). Yhteinen ALMA-observatorio (JAO) huolehtii ALMA:n rakentamisen, kokoonpanon ja operaation yhtenäisestä johdosta ja hallinnoinnista.

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 39-metrin kokoista optisen/lähi-infrapuna-alueen European Extremely Large -teleskooppia (E-ELT) josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu (J. Vieira et al.)
• Tutkimusjulkaisu (A. Weiss et al.) galaksien etäisyyksien mittaamisesta
• Tutkimusjulkaisu (Y. Hezaveh et al.) gravitaatiolinssitutkimuksesta
• Lisätietoja ALMA:sta ESO:n sivuilla
• Yhteinen ALMA-observatorio
• Valokuvia ALMA:sta
• Videoita ALMA:sta

Yhteystiedot

Axel Weiss
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
Bonn, Germany
Puh.: +49 228 525 273
Sähköposti: aweiss@mpifr-bonn.mpg.de

Joaquin Vieira
California Institute of Technology
USA
Matkapuhelin: +1 949 887 5795
Sähköposti: vieira@caltech.edu

Yashar Hezaveh
McGill University
Montréal, Canada
Puh.: +1 514 398 7032
Sähköposti: yasharh@physics.mcgill.ca

Richard Hook
ESO, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6655
Matkapuhelin: +49 151 1537 3591
Sähköposti: rhook@eso.org

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

Carlos de Breuck
ESO
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6613
Sähköposti: cdebreuc@eso.org

Charles E. Blue
National Radio Astronomy Observatory, Public Information Officer
Charlottesville, USA
Puh.: +1 434 296 0314
Sähköposti: cblue@nrao.edu

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