Lehdistötiedote

ALMA ja VLT löysivät liian monia massiivisia tähtiä tähtiryöppygalakseissa, lähellä ja kaukana

4. kesäkuuta 2018

ALMA:a ja VLT:tä käyttäneet tähtitieteilijät ovat havainneet, että sekä varhaisen maailmankaikkeuden tähtiryöppygalaksit että läheisen galaksin tähtienmuodostusalue käsittävät paljon suuremman määrän massiivisia tähtiä kuin löydetään rauhallisista galakseista. Nämä löydökset haastavat tämänhetkiset ajatukset siitä kuinka galaksit kehittyivät muuttaen ymmärtämystämme kosmisesta tähtienmuodostushistoriasta ja alkuaineiden lisääntymisestä.

Etäistä maailmankaikkeutta luotaava, Edinburghin yliopiston tähtitieteilijän Zhi-Yu Zhang johtama tiedemiesryhmä käytti ALMA-teleskooppia (Atacama Large Millimetre/submillimetre Array) tutkiakseen massiivisten tähtien lukumäärää neljässä etäisessä runsaskaasuisessa tähtiryöppygalaksissa [1]. Nämä galaksit nähdään maailmankaikkeuden ollessa paljon nuorempi kuin se on nyt, joten vauvagalaksien ei voi olettaa kokeneen useaa aikaisempaa tähtienmuodostuksen vaihetta, jotka saattaisivat muutoin hämmentää tuloksia.

Zhang ja hänen ryhmänsä kehittivät radiohiiliajoitukseen verrannollisen uuden tekniikan mitatakseen erityyppisten hiilimonoksidien määrää neljässä hyvin etäisessä, tomun peittämässä tähtyryöppygalaksissa [2]. He havaitsivat kahden, erilaisia isotooppeja käsittävän hiilimonoksidin suhdetta [3].

"Hiili- ja happi-isotoopeilla on erilainen alkuperä," selittää Zhang. "18O muodostuu suuremmissa määrin massiivissa tähdissä ja 13C muodostuu suuremmissa määrin matala- ja keskimassaisissa tähdissä." Uuden tekniikan ansiosta tutkimusryhmä saattoi kurkistaa näiden galaksien tomun halki ja arvioida ensimmäistä kertaa niiden tähtien massoja.

Tähden massa on tärkein tekijä määritettäessä kuinka se kehittyy. Massiiviset tähdet loistavat kirkkaina ja niillä on lyhyempi elinaika kun taas Auringon kaltaiset vähemmän massiiviset tähdet loistavat himmeämpinä miljardeja vuosia. Galakseissa muodostuneiden erimassaisten tähtien suhteellisten lukumäärien tietäminen tukee siten tähtitieteilijöiden ymmärtämystä galaksien muodostumisesta ja kehittymisestä kautta koko maailmankaikkeuden historian. Sen seurauksena saamme korvaamatonta tietoa käytettävissä olevista uusia tähtiä ja planeettoja muodostavista alkuaineista sekä perimmältään paljonko on mustien aukkojen esiasteita, jotka saattavat yhtyä muodostamaan useiden galaksien ytimissä näkemiämme supermassiivisia mustia aukkoja.

Yksi julkaisun kirjoittajista, Donatella Romano bolognalaisesta tutkimuslaitoksesta INAF–Osservatorio di astrofisica e scienza dello spazio, selittää ryhmän löydöksiä: "18O:n ja 13C:n suhde oli noin 10 kertaa suurempi näissä varhaisen maailmankaikkeuden tähtiryöppygalakseissa kuin se on Linnunradan kaltaisissa galakseissa, mikä tarkoittaa sitä, että näissä tähtiryöppygalakseissa on suhteellisesti ottaen paljon enemmän massiivisia tähtiä."

ALMA:n tuloksen vahvistaa toinen lähimaailmankaikkeuden havainto. Brittiläiset Oxfordin yliopiston Fabian Schneiderin johtama tutkimusryhmä teki spektroskooppisia mittauksia ESO:n VLT-teleskoopilla 800 tähdestä Suuren Magellanin pilven jättimäisessä tähtienmuodostusalueessa 30 Doradus tutkiakseen tähtien ikien ja alkumassojen kokonaisjakaumaa [4].

Schneider selittää, "Me löysimme noin 30% odotettua enemmän yli 30 kertaa Auringon massaisia tähtiä ja noin 70% odotettua enemmän yli 60 kertaa Auringon massaisia tähtiä. Meidän tuloksemme haastavat aikaisemmin ennustetun 150 Auringon massan rajan tähtien enimmäissyntymassasta ja antaa ymmärtää, että tähdet saattavat syntyä jopa 300 kertaa Auringon massaisina!"

Yksi uuden ALMA-julkaisun kirjoittajista, Rob Ivison päättää: "Meidän havaintomme saavat meidät kyseenalaistamaan kosmisen historian ymmärtämyksemme. Maailmankaikkeudesta malleja tekevien tähtitieteilijöiden tulee nyt mennä takaisin piirustuspöydän ääreen, sillä yhä kehittyneempiä malleja tarvitaan."

Lisähuomiot

[1] Tähtiryöppygalaksit ovat galakseja, jotka käyvät läpi hyvin kiivaan tähtienmuodostuksen vaihetta. Niiden tähtienmuodostustahti saattaa ylittää oman galaksimme, Linnunradan 100-kertaisesti. Näiden galaksien massiiviset tähdet tuottavat ionisoivaa säteilyä, tähtien ulosvirtauksia ja supernovaräjähdyksiä, jotka vaikuttavat merkittävästi niitä ympäröivän aineen dynaamiseen ja kemialliseen kehittymiseen. Näiden galaksien tähtien massajakauman tutkiminen voi kertoa meille lisää niiden omasta evoluutiosta ja myös koko maailmankaikkeuden evoluutiosta yleisemmin.

[2] Radiohiiliajoitusmenetelmää käytetään määrittämään orgaanista ainetta käsittävän kappaleen ikä. Mittaamalla jatkuvasti määrältään vähenevän radioaktiivisen isotoopin 14C:n määrä voidaan laskea milloin eläin tai kasvi kuoli. ALMA:n käyttämät isotoopit, 13C ja 18O, ovat vakaita ja niiden määrät kasvavat jatkuvasti galaksin eliniän aikana, sillä niitä muodostuu tähtien sisällä tapahtuvissa ydinfuusioreaktioissa.

[3] Nämä molekyylin eri muodot eroavat toisistaan niiden käsittämien neutronien lukumäärän puitteissa. Tässä tutkimuksessa käytetyt hiilimonoksidimolekyylit ovat esimerkki tällaisista molekyylimuodoista, sillä vakaalla hiili-isotoopilla voi olla ytimessään joko 12 tai 13 nukleonia ja vakaalla hapen isotoopilla voi olla joko 16, 17 tai 18 nukleonia.

[4] Schneider et al. tekivät spektroskooppisia havaintoja yksittäisistä tähdistä läheisen Suuren Magellanin pilven tähtienmuodostusalueessa 30 Doradus käyttäen VLT-teleskoopin FLAMES-havaintolaitetta (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph). Tämä tutkimus oli yksi ensimmäisiä riittävän yksityiskohtaisia osoittamaan, että maailmankaikkeus kykenee tuottamaan tähtienmuodostusalueita, joiden massajakaumat ovat hyvin erilaisia kuin Linnunradassa.

Lisätietoa

ALMA-tulokset julkaistaan tutkimusjulkaisussa "Stellar populations dominated by massive stars in dusty starburst galaxies across cosmic time", joka ilmestyy julkaisusarjassa Nature 4. kesäkuuta 2018. VLT-tulokset julkaistaan tutkimusjulkaisussa "An excess of massive stars in the local 30 Doradus starburst", joka julkaistiin julkaisusarjassa Science 5. tammikuuta 2018.

ALMA-tutkimusryhmään kuuluvat Z. Zhang (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Iso-Britannia; European Southern Observatory, Garching bei München, Saksa), D. Romano (INAF–Osservatorio di astrofisica e scienza dello spazio, Bologna, Italia), R. J. Ivison (European Southern Observatory, Garching bei München, Saksa; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Iso-Britannia), P .P. Papadopoulos  (Department of Physics, Aristotle University of Thessaloniki, Thessaloniki, Kreikka; Research Center for Astronomy, Academy of Athens, Ateena, Kreikka;) ja F. Matteucci (Trieste University; INAF, Osservatorio Astronomico di Trieste; INFN, Sezione di Trieste, Trieste, Italia).

VLT-tutkimusryhmään kuuluvat F. R. N. Schneider (Department of Physics, University of Oxford, Iso-Britannia), H. Sana (Institute of Astrophysics, KU Leuven, Belgia), C. J. Evans (UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, Edinburgh, Iso-Britannia), J. M. Bestenlehner (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Saksa; Department of Physics and Astronomy, University of Sheffield, Iso-Britannia), N. Castro (Department of Astronomy, University of Michigan, USA), L. Fossati (Austrian Academy of Sciences, Space Research Institute, Graz, Itävalta), G. Gräfener (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Saksa), N. Langer (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Saksa), O. H. Ramírez-Agudelo (UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, Edinburgh, Iso-Britannia), C. Sabín-Sanjulián (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de La Serena, Chile), S. Simón-Díaz (Instituto de Astrofísica de Canarias, Teneriffa, Espanja; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Teneriffa, Espanja),  F. Tramper (European Space Astronomy Centre, Madrid, Espanja), P. A. Crowther (Department of Physics and Astronomy, University of Sheffield, Iso-Britannia), A. de Koter (Astronomical Institute Anton Pannekoek, Amsterdam University, Alankomaat; Institute of Astrophysics, KU Leuven, Belgia), S. E. de Mink (Astronomical Institute Anton Pannekoek, Amsterdam University, Alankomaat), P. L. Dufton (Astrophysics Research Centre, School of Mathematics and Physics, Queen’s University Belfast, Pohjois-Irlanti, Iso-Britannia), M. Garcia (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, Espanja), M. Gieles (Department of Physics, Faculty of Engineering and Physical Sciences, University of Surrey, Iso-Britannia), V. Hénault-Brunet (National Research Council, Herzberg Astronomy and Astrophysics, Kanada; Department of Astrophysics/Institute for Mathematics, Astrophysics and Particle Physics, Radboud University, Alankomaat), A. Herrero (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de La Serena, Chile), R. G. Izzard (Department of Physics, Faculty of Engineering and Physical Sciences, University of Surrey, Iso-Britannia; Institute of Astronomy, The Observatories, Cambridge, Iso-Britannia), V. Kalari (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago, Chile), D. J. Lennon (European Space Astronomy Centre, Madrid, Espanja), J. Maíz Apellániz (Centro de Astrobiología, CSIC–INTA, European Space Astronomy Centre campus, Villanueva de la Cañada, Espanja), N. Markova (Institute of Astronomy with National Astronomical Observatory, Bulgarian Academy of Sciences, Smolyan, Bulgaria), F. Najarro (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, Espanja), Ph. Podsiadlowski (Department of Physics, University of Oxford, Iso-Britannia; Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Saksa), J. Puls (Ludwig-Maximilians-Universität München, Saksa), W. D. Taylor (UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, Edinburgh, Iso-Britannia), J. Th. van Loon (Lennard-Jones Laboratories, Keele University, Staffordshire, Iso-Britannia), J. S. Vink (Armagh Observatory, Pohjois-Irlanti, Iso-Britannia) ja C. Norman (Johns Hopkins University, Baltimore, USA; Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA).

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja ylivoimaisesti maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 15 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Portugali, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta, joiden lisäksi Chile toimii laitteistojen sijoitusmaana ja Australia strategisena kumppanina. 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 VLT-teleskooppi (Very Large Telescope) ja siihen liittyvä, maailmanlaajuisesti johtava VLTI-interferometri, sekä kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja VST-teleskooppi näkyvän valon aallonpituuksilla. ESO on myös merkittävä kumppani kahdessa Chajnantorin laitteistossa, APEX-teleskoopissa ja ALMA-teleskoopissa, joka on maailman suurin tähtitieteellinen projekti. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista ELT-teleskooppia (Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Tutkimusjulkaisu, Zhang et al.
• Tutkimusjulkaisu, Schneider et al.
• Valokuvia ALMA-teleskoopista
• Valokuvia VLT-teleskoopista

Yhteystiedot

Zhi-Yu Zhang
University of Edinburgh and ESO
Garching bei München, Germany
Puh.: +49-89-3200-6910
Sähköposti: zzhang@eso.org

Fabian Schneider
Department of Physics — University of Oxford
Oxford, United Kingdom
Puh.: +44-1865-283697
Sähköposti: fabian.schneider@physics.ox.ac.uk

Rob Ivison
ESO
Garching bei München, Germany
Puh.: +49-89-3200-6669
Sähköposti: rob.ivison@eso.org

Mariya Lyubenova
ESO Outreach Astronomer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6188
Sähköposti: mlyubeno@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