Lehdistötiedote

ALMA tutkii Hubblen syvän kuvan aluetta

Kaikkien aikojen syvimmät millimetrihavainnot varhaisesta maailmankaikkeudesta

22. syyskuuta 2016

Kansainväliset tähtitieteilijäryhmät ovat käyttäneet ALMA-teleskooppia (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) tutkiakseen maailmankaikkeuden etäistä nurkkausta, jota esittelivät ensimmäisenä Hubble Ultra Deep Fieldin (HUDF) ikoniset kuvat. Nämä uudet ALMA:n havainnot ovat merkittävästi syvempiä ja tarkempia kuin aikaisemmat kartoitukset millimetriaallonpituuksilla. Ne osoittavat selvästi kuinka tähtienmuodostuksen nopeus nuorissa galakseissa on läheisessä suhteessa niiden tähtien kokonaismassaan. Ne jäljittävät myös aikaisemmin tuntematonta tähtiä muodostavan kaasun määrää ajan eri hetkinä ja tarjoavat siten uutta tietoa galaksien muodostuksen "kulta-aikaan" noin 10 miljardia vuotta sitten.

Uudet ALMA-havainnot julkaistaan sarjassa tutkimusjulkaisuja, jotka ilmestyvät julkaisusarjoissa Astrophysical Journal ja Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Näitä tuloksia on myös muiden muassa esitelty tällä viikolla Half a Decade of ALMA -konferenssissa Kalifornian Palm Springsissä, Yhdysvalloissa.

Vuonna 2004 julkaistiin Hubblen ultrasyvän kentän kuvat, jotka toimivat NASA:n ja ESA:n Hubble-avaruusteleskoopin syvien kuvien tienraivaajina. Nämä näyttävät kuvat luotasivat avaruutta aikaisempaa syvemmälle ja paljastivat galaksien eläintarhan, joka ulottui ajassa taakse aina miljardin vuoden päähän alkuräjähdyksestä. Aluetta havaittiin useita kertoja Hubblella ja monilla muilla teleskoopeilla ja tuloksena oli tähän mennessä syvin kuva maailmankaikkeudesta.

ALMA:n käyttävät tähtitieteilijät ovat nyt ensimmäistä kertaa kartoittaneet millimetriaallonpituuksilla sekä syvälle että tarkasti tätä näennäisen merkityksetöntä, mutta paljon tutkittua, ikkunaa etäiseen maailmankaikkeuteen [1]. Tämän ansiosta he kykenivät näkemään varhaisen maailmankaikkeuden kaasupilvien himmeän hohteen ja galaksien lämpimän tomun säteilyn.

ALMA on havainnut HUDF-kenttää tähän mennessä kaikkiaan noin 50 tuntia. Tämä on tähän mennessä suurin määrä ALMA:n havaintoaikaa, joka on käytetty yhden taivaan alueen tutkimiseen.

Brittiläinen Edinburghin yliopiston Jim Dunlop johti yhtä tutkimusryhmää, joka käytti ALMA:a saadakseen ensimmäisen syvän, homogeenisen ALMA-kuvan HUDF-kentän kokoisesta alueesta. Tämän aineiston ansiosta he saattoivat selvästi yhdistää havaitsemansa galaksit Hubblen ja muiden tutkimuslaitteiden aikaisemmin havaitsemiin kohteisiin.

Tämä tutkimus osoitti selvästi ensimmäistä kertaa, että galaksin tähtien massa on paras tapa ennustaa tähtienmuodostuksen nopeutta suuren punasiirtymän maailmankaikkeudessa. He havaitsivat olennaisesti kaikki suurimassaiset galaksit [2] eivätkä käytännössä mitään muuta.

Jim Dunlop, syväluotaavan tutkimusjulkaisun pääkirjoittaja tekee yhteenvedon sen merkityksestä: "Tämä on läpimurtotulos. Ensimmäistä kertaa yhdistämme kunnolla Hubblen näkyvän ja ultraviolettivalon näkymän etäisestä maailmankaikkeudesta ALMA:n etäisen infrapunan ja millimetriaallonpituuksien näkymään maailmankaikkeudesta."

Chileläisen Santiagossa sijaitsevan Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portalesin Manuel Aravenan ja saksalaisen Heidelbergissä sijaitsevan Max-Planck Institut für Astronomien Fabian Walterin johtama toinen tutkimusryhmä suoritti syvemmän tutkimuksen noin kuudesosasta koko HUDF-kenttää [3].

"Suoritimme ensimmäisen kolmiulotteisen tutkimuksen varhaisen maailmankaikkeuden viileästä kaasusta täysin sokkona," sanoi yhdysvaltalaisen, Uuden Meksikon Socorrossa sijaitsevan National Radio Astronomy Observatoryn (NRAO) tähtitieteilijä ja tutkimusryhmän jäsen Chris Carilli. "Siten havaitsimme galaksipopulaation, joka ei ole selvästi näkyvillä missään muussa taivaan syvässä kuvassa." [4]

Jotkin uudet ALMA-havainnot räätälöitiin erityisesti havaitsemaan tähtienmuodostukseen virittäytyneitä alueita paljastavia runsaan hiilimonoksidipitoisuuden galakseja. Vaikka nämä molekulaarisen kaasun varannot johtavat galaksien tähtienmuodostukseen, niitä on usein hyvin vaikea nähdä Hubblella. ALMA voi siten paljastaa "puuttuvan puoliskon" galaksien muodostuksen ja kehittymisen prosessista.

"Uudet ALMA-tulokset viittaavat galaksien nopeasti kasvavaan kaasupitoisuuteen katsoessamme etäämmäs ajassa," lisää kahden tutkimusjulkaisun pääkirjoittaja Manuel Aravena (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile). "Tämä lisääntyvä kaasupitoisuus on ilmeisimmin pääsyy tähtienmuodostuksen nopeuden lisääntymiseen galaksien muodostuksen huippuhetkinä noin 10 miljardia vuotta sitten."

Tänään esitellyt tulokset ovat vain alku sarjalle tulevia havaintoja, jotka luotaavat etäistä maailmankaikkeutta ALMA:lla. Esimerkiksi suunniteltu 150 tunnin HUDF-kentän havaintokampanja tulee entisestään valaisemaan maailmankaikkeuden tähtienmuodostuksen historiaa.

"Lisäämällä ymmärtämystämme tästä puuttuvasta tähtiä muodostavasta materiasta tuleva ALMA Large Program tulee täydentämään kuvaamme galakseista ikonisessa Hubble Ultra Deep Fieldissä,” päättää Fabian Walter.

Lisähuomiot

[1] Tähtitieteilijät valitsivat tutkittavan alueen erityisesti HUDF-kentästä, joka on taivaan alue eteläisen pallonpuoliskon Sulatusuunin tähdistössä (Fornax), jotta maan pinnalta eteläisellä pallonpuoliskolla havaintoja tekevät teleskoopit, kuten ALMA, voisivat luodata aluetta ja laajentaa tietämystämme hyvin etäisestä maailmankaikkeudesta.

[2] Tässä yhteydessä "suuri massa" tarkoittaa galakseja, joiden tähtien massa on suurempi kuin 20 miljardia kertaa Auringon massa (2 x 10¹⁰ Auringon massaa). Vertailun vuoksi Linnunrata on suuri galaksi ja sen massa on noin 100 miljardia Auringon massaa.

[3] Tämä taivaan alue on noin seitsemässadasosa täyden kuun kattamasta alueesta Maasta nähtynä. Yksi hätkähdyttävimpiä HUDF-kentän piirteitä oli pikkuruisesta osasta taivasta löytyneiden galaksien valtava lukumäärä.

[4] ALMA:n kyvyn nähdä täysin erilaisia sähkömagneettisen säteilyn alueita kuin Hubble ansiosta tähtitieteilijät voivat tutkia erilaisia tähtitieteellisten kohteiden luokkia, kuten massiivisia tähtiä muodostavia pilviä sekä kohteita, jotka ovat muutoin liian himmeitä havaittavaksi näkyvän valon aallonpituuksilla, mutta ovat näkyviä millimetriaallonpituuksilla.

Tutkimuksen sanotaan tehdyn "sokkona", koska se ei keskittynyt mihinkään tiettyyn kohteeseen.

Uuden ALMA:n havainnot HUDF-kentästä käsittävät kaksi erillistä, mutta toisiaan tukevaa aineistotyyppiä: laajakaistaiset havainnot, jotka paljastavat tomun säteilyn ja tähtienmuodostuksen, sekä spektrin emissioviivojen tutkimuksen, joka katsoo tähtienmuodostuksen polttoaineena toimivaa kylmää molekulaarista kaasua. Toinen tutkimus on erityisen arvokas, koska se käsittää tietoa maailmankaikkeuden laajenemisen seurauksena etäisten kohteiden valon punasiirtymän määrästä. Suurempi punasiirtymä tarkoittaa, että kohde on kauempana ja nähdään pidemmän ajan takaa. Tämän ansiosta tähtitieteilijät voivat muodostaa kolmiulotteisia karttoja tähtiä muodostavasta kaasusta sen kehittyessä kosmisen ajan kuluessa.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esitettiin tutkimusjulkaisuissa:

1. “A deep ALMA image of the Hubble Ultra Deep Field”, jonka kirjoittivat J. Dunlop et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
2. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Search for the [CII] Line and Dust Emission in 6 < z < 8 Galaxies”, jonka kirjoittivat M. Aravena et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Astrophysical Journal.
3. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Molecular Gas Reservoirs in High-Redshift Galaxies”, jonka kirjoittivat R. Decarli et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Astrophysical Journal.
4. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: CO Luminosity Functions and the Evolution of the Cosmic Density of Molecular Gas”, jonka kirjoittivat R. Decarli et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Astrophysical Journal.
5. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Continuum Number Counts, Resolved 1.2-mm Extragalactic Background, and Properties of the Faintest Dusty Star Forming Galaxies”, jonka kirjoittivat M. Aravena et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Astrophysical Journal.
6. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Survey Description”, jonka kirjoittivat F. Walter et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Astrophysical Journal.
7. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: the Infrared excess of UV-selected z= 2-10 Galaxies as a Function of UV-continuum Slope and Stellar Mass”, jonka kirjoittivat R. Bouwens et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Astrophysical Journal.
8. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Implication for spectral line intensity mapping at millimeter wavelengths and CMB spectral distortions”, jonka kirjoittivat C. L. Carilli et al. Julkaisu ilmestyy julkaisusarjassa Astrophysical Journal.

Tutkimusryhmiin kuuluvat:

M. Aravena (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), R. Decarli (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Saksa), F. Walter (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Saksa; Astronomy Department, California Institute of Technology, USA; NRAO), Pete V. Domenici (Array Science Center, USA), R. Bouwens (Leidenin observatorio, Leiden, Alankomaat; UCO/Lick Observatory, Santa Cruz, USA), P.A. Oesch (Astronomy Department, Yale University, New Haven, USA), C.L. Carilli (Leidenin observatorio, Leiden, Alankomaat; Astrophysics Group, Cavendish Laboratory, Cambridge, Iso-Britannia), F.E. Bauer (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Millennium Institute of Astrophysics, Chile; Space Science Institute, Boulder, USA), E. Da Cunha (Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University, Canberra, Australia; Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Australia), E. Daddi (Laboratoire AIM, CEA/DSM-CNRS-Université Paris Diderot, Orme des Merisiers, Ranska), J. Gónzalez-López (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), R.J. Ivison (European Southern Observatory, Garching bei München, Saksa; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Iso-Britannia), D.A. Riechers (Cornell University, 220 Space Sciences Building, Ithaca, USA), I. Smail (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, Iso-Britannia), A.M. Swinbank (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, Iso-Britannia), A. Weiss (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Saksa), T. Anguita (Departamento de Ciencias Físicas, Universidad Andrés Bello, Santiago, Chile; Millennium Institute of Astrophysics, Chile), R. Bacon (Université Lyon 1, Saint Genis Laval, Ranska), E. Bell (Department of Astronomy, University of Michigan, USA), F. Bertoldi (Argelanderin tähtitieteen laitos, Bonnin yliopisto, Bonn, Saksa), P. Cortes (Joint ALMA Observatory - ESO, Santiago, Chile; NRAO, Pete V. Domenici Array Science Center, USA), P. Cox (Joint ALMA Observatory - ESO, Santiago, Chile), J. Hodge (Leidenin observatorio, Leiden, Alankomaat), E. Ibar (Instituto de Física y Astronomía, Universidad de Valparaíso, Valparaiso, Chile), H. Inami (Université Lyon 1, Saint Genis Laval, Ranska), L. Infante (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), A. Karim (Argelanderin tähtitieteen laitos, Bonnin yliopisto, Bonn, Saksa), B. Magnelli (Argelanderin tähtitieteen laitos, Bonnin yliopisto, Bonn, Saksa), K. Ota (Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Cambridge, Iso-Britannia; Cavendish Laboratory, University of Cambridge, Iso-Britannia), G. Popping (European Southern Observatory, Garching bei München, Saksa), P. van der Werf (Leidenin observatorio, Leiden, Alankomaat), J. Wagg (SKA Organization, Cheshire, Iso-Britannia), Y. Fudamoto (European Southern Observatory, Garching bei München, Saksa; Universität-Sternwarte München, München, Saksa), D. Elbaz (Laboratoire AIM, CEA/DSM-CNRS-Universite Paris Diderot, Ranska), S. Chapman (Dalhousie University, Halifax, Nova Scotia, Kanada), L.Colina (ASTRO-UAM, UAM, Unidad Asociada CSIC, Espanja), H.W. Rix (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Saksa), Mark Sargent (Astronomy Centre, University of Sussex, Brighton, Iso-Britannia), Arjen van der Wel (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Saksa)

K. Sheth (NASA Headquarters, Washington DC, USA), Roberto Neri (IRAM, Saint-Martin d’Hères, Ranska), O. Le Fèvre (Aix Marseille Université, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Marseille, Ranska), M. Dickinson (Steward Observatory, University of Arizona, USA), R. Assef (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), I. Labbé (Leidenin observatorio, Leidenin yliopisto, Alankomaat), S. Wilkins (Astronomy Centre, University of Sussex, Brighton, Iso-Britannia), J.S. Dunlop (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Iso-Britannia), R.J. McLure (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Iso-Britannia), A.D. Biggs (ESO, Garching, Saksa), J.E. Geach (University of Hertfordshire, Hatfield, Iso-Britannia), M.J. Michałowski (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Iso-Britannia), W. Rujopakarn (Chulalongkorn University, Bangkok, Thaimaa), E. van Kampen (ESO, Garching, Saksa), A. Kirkpatrick (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), A. Pope (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), D. Scott (University of British Columbia, Vancouver, British Columbia, Kanada), T.A. Targett (Sonoma State University, Rohnert Park, California, USA), I. Aretxaga (Instituto Nacional de Astrofísica, Optica y Electronica, Meksiko), J.E. Austermann (NIST Quantum Devices Group, Boulder, Colorado, USA), P.N. Best (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Iso-Britannia), V.A. Bruce (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Iso-Britannia), E.L. Chapin (Herzberg Astronomy and Astrophysics, National Research Council Canada, Victoria, Kanada), S. Charlot (Sorbonne Universités, UPMC-CNRS, UMR7095, Institut d’Astrophysique de Paris, Pariisi, Ranska), M. Cirasuolo (ESO, Garching, Saksa), K.E.K. Coppin (University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, Iso-Britannia), R.S. Ellis (ESO, Garching, Saksa), S.L. Finkelstein (The University of Texas at Austin, Austin, Texas, USA), C.C. Hayward (California Institute of Technology, Pasadena, California, USA), D.H. Hughes (Instituto Nacional de Astrofísica, Optica y Electronica, Meksiko), S. Khochfar (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Iso-Britannia), M.P. Koprowski (University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, Iso-Britannia), D. Narayanan (Haverford College, Haverford, Pennsylvania, USA), C. Papovich (Texas A & M University, College Station, Texas, USA), J.A. Peacock (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Iso-Britannia), B. Robertson (University of California, Santa Cruz, Santa Cruz, California, USA), T. Vernstrom (Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics, University of Toronto, Toronto, Ontario, Kanada), G.W. Wilson (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA) ja M. Yun (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA).

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 1
• Tutkimusjulkaisu 2
• Tutkimusjulkaisu 3
• Tutkimusjulkaisu 4
• Tutkimusjulkaisu 5
• Tutkimusjulkaisu 6
• Tutkimusjulkaisu 7
• Tutkimusjulkaisu 8
• Tutkimusjulkaisu 9
• Valokuvia ALMA-teleskoopista

Yhteystiedot

James Dunlop
University of Edinburgh
Edinburgh, United Kingdom
Sähköposti: jsd@roe.ac.uk

Fabian Walter
Max-Planck Institut für Astronomie
Heidelberg, Germany
Sähköposti: walter@mpia.de

Manuel Aravena
Núcleo de Astronomía, Facultad de Ingeniería, Universidad Diego Portales
Santiago, Chile
Sähköposti: manuel.aravenaa@mail.udp.cl

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

Tämä on ESO:n lehdistötiedotteen käännös eso1633.