Lehdistötiedote

Paras tähänastinen kuva etäisessä maailmankaikkeudessa yhteensulautuvista galakseista

ALMA käytti Sherlock Holmesin menetelmiä

26. elokuuta 2014

ALMA-teleskooppia (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) sekä monia muita Maan pinnalla toimivia ja avaruusteleskooppeja käyttänyt kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä on saanut tähän mennessä parhaan kuvan kahden galaksin yhteentörmäyksestä maailmankaikkeuden ollessa vain puolet nykyisestä iästään. He värväsivät apuun galaksin kokoisen suurennuslasin paljastaakseen muutoin näkymättömiä yksityiskohtia. Nämä uudet tutkimukset galaksista H-ATLAS J142935.3-002836 osoittivat, että tämä monimutkainen ja kaukainen kohde näyttää hyvin tunnetulta, paikalliselta galaksien törmäykseltä: Antennigalaksilta.

Kaunokirjallisuudesta tuttu etsivä Sherlock Holmes käytti suurennuslasia paljastaakseen hädintuskin näkyviä, mutta tärkeitä todisteita. Tähtitieteilijät yhdistävät nyt useiden Maan päällisten ja avaruusteleskooppien [1] tehon valtavan paljon suurempaan kosmiseen linssiin tutkiakseen rajua tähtienmuodostusta varhaisessa maailmankaikkeudessa.

"Siinä missä tähtitieteilijöitä usein rajoittaa heidän käyttämiensä teleskooppien tehokkuus, voidaan joissakin tapauksissa havaintojen tekemistä auttaa valtavan paljon käyttämällä luonnollisia, maailmankaikkeuden luomia linssejä," selittää pääkirjoittaja Hugo Messias chileläisestä Universidad de Concepciónista ja portugalilaisesta Centro de Astronomia e Astrofísica da Universidade de Lisboasta. "Einstein ennusti yleisessä suhteellisuusteoriassa, että riittävän suuri massa poikkeuttaa valon kulkua suoralta linjalta samalla tavoin kuin normaali linssi taittaa valoa."

Galaksien ja galaksijoukkojen kaltaiset massiiviset rakenteet muodostavat näitä kosmisia linssejä poikkeuttamalla niiden takana olevista kohteista tulevaa valoa vahvalla painovoimallaan. Kyseessä on ilmiö, jota kutsutaan gravitaatiolinssiksi. Ilmiön suurentavan vaikutuksen avulla tähtitieteilijät voivat tutkia kohteita, joita ei muutoin voisi nähdä ensinkään ja verrata suoraan paikallisen galaksiavaruuden kohteita paljon kaukaisempiin, huomattavasti nuoremman maailmankaikkeuden kohteisiin.

Jotta nämä gravitaatiolinssit toimisivat, täytyy linssin aiheuttavan galaksin ja sen takana olevan kohteen olla kuitenkin hyvin tarkasti oikeassa linjassa keskenään.

"Tällaiset sattumanvaraiset linjautumiset ovat hyvin harvinaisia ja niitä on usein vaikea havaita," lisää Hugo Messias, "mutta viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että tekemällä havaintoja pitkäaaltoisilla infrapuna- tai millimetriaallonpituuksilla me voimme löytää tällaisia tapauksia paljon tehokkaammin."

H-ATLAS J142935.3-002836 (tai lyhyesti H1429-0028) on yksi tällainen kohde ja sen havaitsi kartoitus nimeltään Herschel Astrophysical Terahertz Large Area Survey (H-ATLAS). Vaikka se onkin hyvin himmeä näkyvän valon kuvissa, kohde on yksi kaikkein kirkkaimpia gravitaatiolinssejä kaukoinfrapuna-alueella siitäkin huolimatta, että näemme sen ajalta, jolloin maailmankaikkeus oli vain puolet nykyisestä iästään.

Tämän kohteen luotaaminen oli mahdollisuuksien rajoilla, joten kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä aloitti laajan seurantakampanjan käyttäen kaikkein tehokkaimpia teleskooppeja sekä Maan pinnalla että avaruudessa. Joukossa olivat NASA:n ja ESA:n Hubblen avaruusteleskooppi, ALMA, Keck-observatorio, Karl Jansky Very Large Array (JVLA) sekä muita. Erilaiset teleskoopit tarjosivat erilaisia kuvia, jotka saatettiin yhdistää paremman käsityksen saamiseksi tästä epätavallisesta kohteesta.

Hubblen ja Keckin kuvat paljastivat yksityiskohtaisen, gravitaation aikaansaaman valorenkaan etualan galaksin ympärillä. Nämä suuren resoluution kuvat osoittivat myös, että linssigalaksi on sivulta nähtävä kiekkogalaksi — samanlainen kuin kotigalaksimme Linnunrata — joka peittää osia taustan valosta suurilla tomupilvillään.

Tämä peittyminen ei ole kuitenkaan ongelma ALMA:lle tai JVLA:lle, sillä molemmat laitteet havaitsevat taivasta pitemmillä aallonpituuksilla, joita tomu ei häiritse. Yhdistämällä havaintoaineistoja tutkimusryhmä havaitsi, että taustan järjestelmä on itse asiassa kahden galaksin meneillään oleva törmäys. Tästä hetkestä lähtien ALMA ja JVLA olivat avainroolissa tämän kohteen jatkotutkimuksissa.

ALMA jäljitti erityisesti hiilimonoksidia, jonka avulla voidaan tehdä yksityiskohtaisia tutkimuksia galaksien tähtienmuodostusmekanismeista. ALMA:n havainnoista voitiin määrittää myös etäisemmän tutkimuksenalaisen kohteen materian liikkeitä. Tämä oli välttämätöntä, jotta voitiin osoittaa, että linssiytynyt kohde todellakin on meneillään oleva galaktinen törmäys, jossa muodostuu satoja uusia tähtiä vuosittain ja että toisessa törmäävässä galaksissa on yhä merkkejä pyörimisestä, mikä puolestaan on osoitus siitä, että se oli kiekkogalaksi juuri ennen tätä kohtaamista.

Näiden kahden törmäävän galaksin järjestelmä muistuttaa paljon meitä lähempänä olevaa kohdetta: Antennigalaksia. Se on näyttävä kahden galaksin yhteentörmäys. Näilläkin galakseilla oletetaan olleen kiekkorakenne menneisyydessä. Siinä missä Antennigalaksi muodostaa tähtiä vain jokusen kymmenen Auringon massan verran vuodessa, H1429-0028 muuntaa yli 400 Auringon massaa kaasua uusiksi tähdiksi vuosittain.

Rob Ivison, ESO:n tiedejohtaja ja yksi uuden tutkimuksen kirjoittajista, päättää: "ALMA:n avulla saatoimme ratkaista tämän arvoituksen, koska saimme siten tietoa galaksien kaasun nopeuksista, minkä johdosta oli mahdollista erottaa erilaiset komponentit, mikä paljasti galaksien yhteensulautumisen klassiset tunnusmerkit. Tämä taidokas tutkimus sai galaksien sulautumisen kiinni itse teossa sen aiheuttaman äärimmäisen tähtien muodostuksen ansiosta."

Lisähuomiot

[1] Tämän tapauksen mysteerejä selvittämässä olleen havaintolaitearmadan joukossa oli kokonaista kolme ESO:n teleskooppia: ALMA, APEX ja VISTA. Muut työhön osallistuneet teleskoopit olivat NASA:n ja ESA:n Hubblen avaruusteleskooppi, Gemini South -teleskooppi, Keck-II -teleskooppi, NASA:n Spitzer -avaruusteleskooppi, Jansky Very Large Array, CARMA, IRAM ja SDSS sekä WISE.

Lisätietoa

Atacama Large Millimetre/submillimetre 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.

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisussa “Herschel-ATLAS and ALMA HATLAS J142935.3-002836, a lensed major merger at redshift 1.027”, jonka kirjoittivat Hugo Messias et al. Julkaisu ilmestyy 26. elokuuta 2014 julkaisusarjan Astronomy & Astrophysics verkkojulkaisussa.

Tutkimusryhmään kuuluvat Hugo Messias (Universidad de Concepción, Barrio Universitario, Chile; Centro de Astronomia e Astrofísica da Universidade de Lisboa, Portugali), Simon Dye (School of Physics and Astronomy, University of Nottingham, Iso-Britannia), Neil Nagar (Universidad de Concepción, Barrio Universitario, Chile), Gustavo Orellana (Universidad de Concepción, Barrio Universitario, Chile), R. Shane Bussmann (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), Jae Calanog (Department of Physics & Astronomy, University of California, USA), Helmut Dannerbauer (Universität Wien, Institut für Astrophysik, Itävalta), Hai Fu (Astronomy Department, California Institute of Technology, USA), Edo Ibar (Pontificia Universidad Católica de Chile, Departamento de Astronomía y Astrofísica, Chile), Andrew Inohara (Department of Physics & Astronomy, University of California, USA), R. J. Ivison (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Iso-Britannia; ESO, Garching, Saksa), Mattia Negrello (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Italia), Dominik A. Riechers (Astronomy Department, California Institute of Technology, USA; Department of Astronomy, Cornell University, USA), Yun-Kyeong Sheen (Universidad de Concepción, Barrio Universitario, Chile), Simon Amber (The Open University, Milton Keynes, Iso-Britannia), Mark Birkinshaw (H. H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Iso-Britannia; Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), Nathan Bourne (School of Physics and Astronomy, University of Nottingham, Iso-Britannia), Dave L. Clements (Astrophysics Group, Imperial College London, Iso-Britannia), Asantha Cooray (Department of Physics & Astronomy, University of California, USA; Astronomy Department, California Institute of Technology, USA), Gianfranco De Zotti (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Italia), Ricardo Demarco (Universidad de Concepción, Barrio Universitario, Chile), Loretta Dunne (Department of Physics and Astronomy, University of Canterbury, Uusi-Seelanti; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Iso-Britannia), Stephen Eales (School of Physics and Astronomy, Cardiff University, Iso-Britannia), Simone Fleuren (School of Mathematical Sciences, University of London, Iso-Britannia), Roxana E. Lupu (Department of Physics and Astronomy, University of Pennsylvania, USA), Steve J. Maddox (Department of Physics and Astronomy, University of Canterbury, Uusi-Seelanti; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Iso-Britannia), Michał J. Michałowski (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Iso-Britannia), Alain Omont (Institut d’Astrophysique de Paris, UPMC Univ. Paris, Ranska), Kate Rowlands (School of Physics & Astronomy, University of St Andrews, Iso-Britannia), Dan Smith (Centre for Astrophysics Research, Science & Technology Research Institute, University of Hertfordshire, Iso-Britannia), Matt Smith (School of Physics and Astronomy, Cardiff University, Iso-Britannia) ja Elisabetta Valiante (School of Physics and Astronomy, Cardiff University, Iso-Britannia).

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
• Lisätietoja ALMA:sta
• Valokuvia ALMA:sta
• Videoita ALMA:sta
• ALMA-esite
• Elokuva: ALMA — In Search of our Cosmic Origins
• ALMA-valokuvakirja: In Search of our Cosmic Origins – The Construction of the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array
• Lisää lehdistötiedotteita ALMA:lta

Yhteystiedot

Hugo Messias
Universidad de Concepción, Chile / Centro de Astronomia e Astrofísica da Universidade de Lisboa, Portugal
Puh.: +351 21 361 67 47/30
Sähköposti: hmessias@oal.ul.pt

Richard Hook
ESO, Public Information 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