Lehdistötiedote

ALMA havaitsi kaikkien aikojen etäisintä happea

16. kesäkuuta 2016

ALMA-teleskooppia (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) käyttänyt tähtitieteilijäryhmä on havainnut hohtavaa happea vain 700 miljoonan vuoden ikäisessä maailmankaikkeudessa näkyvästä etäisestä galaksista. Kyseessä on kaikkein etäisin galaksi, josta happea on milloinkaan havaittu yksiselitteisesti. Nuorten jättiläistähtien voimakas säteily mitä ilmeisimmin ionisoi havaittua happea. Tämä galaksi saattaa olla esimerkki eräästä maailmankaikkeuden varhaisessa historiassa kosmisen reionisaation aiheuttaneista ilmiöistä.

Japanin, Ruotsin, Iso-Britannian ja ESO:n tähtitieteilijät ovat käyttäneet ALMA-teleskooppia (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) havaitakseen yhtä kaukaisimmista tunnetuista galakseista. SXDF-NB1006-2 sijaitsee punasiirtymällä 7.2, mikä tarkoittaa sitä, että näemme sen sellaisena kuin se oli 700 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksestä.

Tutkimusryhmä toivoi saavansa tietoa galaksista löytyvistä raskaista alkuaineista [1], sillä ne voivat kertoa meille tähtienmuodostuksen tasosta ja siten tarjota vihjeitä kosmisena reionisaationa tunnetusta maailmankaikkeuden historian vaiheesta.

"Raskaiden alkuaineiden etsintä varhaisessa maailmankaikkeudessa on olennainen lähestymistapa tuon ajanjakson tähtienmuodostuksen tutkimiseen," sanoi julkaisusarjassa Science julkaistavan tutkimusjulkaisun pääkirjoittaja Akio Inoue Osaka Sangyo -yliopistosta, Japanista. "Raskaiden alkuaineiden tutkimus tarjoaa meille vihjeen, jonka avulla voimme ymmärtää kuinka galaksit muodostuivat ja mikä aiheutti kosmisen reionisaation," hän lisäsi.

Ennen kuin kiinteitä kappaleita muodostui maailmankaikkeuteen, se oli täynnä sähköisesti neutraalia kaasua. Ensimmäisten kappaleiden alkaessa loistaa, muutama sata miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen, niiden voimakas säteily alkoi rikkoa noita neutraaleja atomeja eli ionisoida kaasua. Tämän kosmisena reionisaationa tunnetun vaiheen aikana koko maailmankaikkeus muuttui dramaattisesti. Siitä kuitenkin väitellään paljon minkälaiset kappaleet täsmällisesti ottaen aiheuttivat reionisaation. Hyvin kaukaisten galaksien olosuhteiden tutkimus auttaa vastaamaan tähän kysymykseen.

Ennen kuin havaitsivat etäistä galaksia tutkijat suorittivat tietokonesimulaatioita ennustaakseen kuinka helposti he saattoivat odottaa näkevänsä todisteita ionisoituneesta hapesta ALMA:n avulla. He harkitsivat myös tekevänsä havaintoja samanlaisista galakseista paljon lähempänä Maata, mutta päättelivät, että hapen säteilyn pitäisi olla havaittavissa jopa valtavien etäisyyksien yli [2].

He suorittivat sitten hyvin herkkiä havaintoja ALMA:lla [3] ja havaitsivat galaksissa SXDF-NB1006-2 ionisoituneesta hapesta tulevaa valoa, mikä teki tästä kaikkien aikojen etäisimmän yksiselitteisen havainnon hapesta [4]. Se on vankka todiste hapen olemassaolosta varhaisessa maailmankaikkeudessa, vain 700 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen.

Galaksista SXDF-NB1006-2 löydettiin happea kymmenesosa siitä mitä sitä on Auringossa. "Pieni määrä oli odotettavissa, sillä maailmankaikkeus oli yhä nuori ja tuohon aikaan tähtienmuodostuksen historia oli lyhyt," kommentoi Naoki Yoshida Tokion yliopistosta. "Simulaatiomme itse asiassa ennustivat kymmenesosaa Auringon määrästä. Saimme kuitenkin toisen, odottamattoman tuloksen: hyvin pienen määrän tomua."

Tutkimusryhmä ei kyennyt havaitsemaan lainkaan hiilen säteilyä galaksista, mikä antoi ymmärtää, että tässä nuoressa galaksissa on hyvin vähän ionisoimatonta vetykaasua. He havaitsivat myös, että siinä on vain vähän tomua, joka koostuu raskaista alkuaineista. "Jotakin epätavallista saattaa olla meneillään tässä galaksissa," sanoi Inoue. "Epäilen, että lähes kaikki kaasu on suurelti ionisoitunutta."

Ionisoituneen hapen havainto viittaa siihen, että galaksissa on muodostunut useita hyvin kirkkaita tähtiä, jotka ovat kymmeniä kertoja Aurinkoa massiivisempia, ja ne säteilevät voimakasta ultraviolettivaloa, joka vaaditaan happiatomien ionisoimiseen.

Galaksin tomuttomuuden johdosta voimakas ultraviolettivalo pääsee karkuun ja ionisoimaan valtavia määriä kaasua galaksin ulkopuolella. "SXDF-NB1006-2 olisi kosmisen reionisaation aiheuttaneiden valonlähteiden prototyyppi," sanoi Inoue.

"Tämä on tärkeä askel ymmärtämyksellemme siitä, minkälaiset kohteet aiheuttivat kosmisen reionisaation," selitti Yoichi Tamura Tokion yliopistosta. "Meidän seuraavat havaintomme ALMA:lla ovat jo alkaneet. Paremman erotuskyvyn havaintojen ansiosta me kykenemme näkemään galaksin ionisoituneen hapen jakauman ja liikkeen sekä saamaan välttämätöntä tietoa, joka auttaa meitä ymmärtämään galksin ominaisuuksia."

Lisähuomiot

[1] Tähtitieteellisin termein kaikki litiumia raskaammat alkuaineet ovat raskaita alkuaineita.

[2] Japanilainen infrapunatähtitieteen satelliitti AKARI on havainnut, että tämä hapen säteily on hyvin kirkasta Suuressa Magellanin pilvessä, jossa on hyvin paljon varhaista maailmankaikkeutta muistuttava ympäristö.

[3] Kahdesti ionisoituneen hapen tuottaman valon alkuperäinen aallonpituus on 0.088 millimetriä. Maailmankaikkeuden laajenemisen johdosta galaksin SXDF-NB1006-2 valon aallonpituus on venynyt 0.725 millimetriin, mistä syystä se on havaittavissa ALMA:lla.

[4] Aikaisemmassa tutkimuksessaan Finkelstein et al. esittivät, että happea olisi läsnä hieman aikaisemmin, mutta emissioviivasta ei ollut suoria havaintoja, toisin kuin tässä uudessa tutkimuksessa.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisussa "Detection of an oxygen emission line from a high redshift galaxy in the reionization epoch”, jonka kirjoittivat Inoue et al. Tutkimusjulkaisu ilmestyi julkaisusarjassa Science.

Tutkimusryhmään kuuluvat Akio Inoue (Osaka Sangyo University, Japani), Yoichi Tamura (Tokion yliopisto, Japani), Hiroshi Matsuo (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Japani), Ken Mawatari (Osaka Sangyo -yliopisto, Japani), Ikkoh Shimizu (Osakan yliopisto, Japani), Takatoshi Shibuya (Tokion yliopisto, Japani), Kazuaki Ota (Cambridgen yliopisto, Iso-Britannia), Naoki Yoshida (Tokion yliopisto, Japani), Erik Zackrisson (Uppsalan yliopisto, Ruotsi), Nobunari Kashikawa (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Japani), Kotaro Kohno (Tokion yliopisto, Japani), Hideki Umehata (ESO, Garching, Saksa; Tokion yliopisto, Japani), Bunyo Hatsukade (NAOJ, Japani), Masanori Iye (NAOJ, Japani), Yuichi Matsuda (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Japani), Takashi Okamoto (Hokkaidon yliopisto, Japani) ja Yuki Yamaguchi (Tokion yliopisto, Japani).

Kansainvälinen tähtitieteen tutkimuslaitos Atacama Large Millimetre/submillimetre Array (ALMA) on ESO:n, U.S. National Science Foundationin (NSF) ja Japanin National Institutes of Natural Sciencesin (NINS)  kumppanuushanke yhteistyössä Chilen kanssa. ALMA:a rahoittavat Euroopan eteläinen observatorio (ESO) jäsenmaidensa puolesta, NSF yhteistyössä Kanadan kansallisen tutkimusneuvoston (NRC) ja Taiwanin kansallisen tiedeneuvoston (NSC) kanssa sekä Japanin kansalliset luonnontieteelliset instituutit (NINS) yhteistyössä Taiwanin Academia Sinican (AS) ja Korea Astronomy and Space Science Instituten (KASI) 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 16 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Brasilia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Puola, 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 yksi maailman suurimman tähtitieteellisen projektin, ALMA-teleskoopin pääyhteistyökumppaneista. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista E-ELT -teleskooppia (European Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu
• Valokuvia ALMA:sta

Yhteystiedot

Akio Inoue
Osaka Sangyo University
Osaka, Japan
Sähköposti: akinoue@las.osaka-sandai.ac.jp

Masaaki Hiramatsu
NAOJ Chile Observatory EPO officer
Puh.: +81 422 34 3630
Sähköposti: hiramatsu.masaaki@nao.ac.jp

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