Lehdistötiedote

Tähtitieteilijät ovat löytäneet kaukaisia kaasupilviä, joissa on jäänteitä ensimmäisistä tähdistä

3. toukokuuta 2023, Turku

Tutkijat ovat löytäneet ESO:n VLT-kaukoputken (Very Large Telescope) avulla ensimmäistä kertaa merkkejä ensimmäisten tähtien räjähdysten jäänteistä. He havaitsivat kolmea kaukaista kaasupilveä, joiden koostumus vastaa sitä, mitä odotamme ensimmäisten tähtien räjähdysten jäänteiltä. Havainnot auttavat meitä ymmärtämään paremmin alkuräjähdyksen jälkeen muodostuneiden ensimmäisten tähtien ominaisuuksia.

"Olemme ensimmäistä kertaa pystyneet tunnistamaan ensimmäisten tähtien räjähdysten kemialliset jäljet hyvin kaukaisissa kaasupilvissä", kertoi Observatoire de Paris - PSL:n tohtoriopiskelija Andrea Saccardi, joka oli tämän tutkimuksen päätekijänä Firenzen yliopistosta maisterityönsä aikana. 

Tutkijoiden mukaan maailmankaikkeuteen muodostuneet ensimmäiset tähdet olivat hyvin erilaisia kuin ne, joita näemme nykyään. Niiden ilmestyttyä maailmankaikkeuteen 13,5 miljardia vuotta sitten, ne sisälsivät vain vetyä ja heliumia, jotka ovat luonnossa esiintyvistä alkuaineista yksinkertaisimpia [1]. Nämä tähdet, joiden arvellaan olleen kymmeniä tai satoja kertoja Aurinkoamme suurempia, kuolivat nopeasti supernovaksi kutsutuissa voimakkaissa räjähdyksissä. Nämä rikastuttivat ympäröivää kaasua ensimmäistä kertaa raskaammilla alkuaineilla. Tuosta rikastetusta kaasusta syntyi myöhemmin uusia tähtisukupolvia, jotka puolestaan levittivät kuollessaan raskaampia alkuaineita ympäristöönsä. Ensimmäiset tähdet ovat kuitenkin jo hävinneet kauan sitten, joten miten tutkijat voivat saada niistä tietoa? "Varhaisia tähtiä voidaan tutkia epäsuorasti havaitsemalla alkuaineita, joita ne ovat levittäneet ympäristöönsä kuolemansa jälkeen", sanoi Stefania Salvadori, Florencen yliopiston apulaisprofessori ja yksi Astrophysical Journal -lehdessä tänään julkaistun tutkimuksen kirjoittajista.

Chilessä sijaitsevan ESO:n VLT:llä otetun datan avulla tutkimusryhmä löysi kolme hyvin kaukaista kaasupilveä ajalta, jolloin universumi oli vain 10-15 prosenttia nykyisestä iästään. Ryhmä havaitsi kemiallisen sormenjäljen, joka vastaa sitä, mitä ensimmäisten tähtien räjähdyksiltä odotamme. Näiden alkutähtien massasta ja niiden räjähdysten energiasta riippuen näistä ensimmäisistä supernovista vapautui ympäristöönsä erilaisia alkuaineita, kuten hiiltä, happea ja magnesiumia, joita on tähtien ulkokerroksissa. Osa näistä räjähdyksistä ei kuitenkaan ollut tarpeeksi voimakkaita raskaampien alkuaineiden levittämiselle, kuten raudalle, jota esiintyy vain tähtien ytimessä. Etsiäkseen paljastavia merkkejä näistä ensimmäisistä tähdistä, jotka räjähtivät matalan energian supernovina, tutkimusryhmä etsi sellaisia kaukaisia kaasupilviä, joissa on vähän rautaa, mutta runsaasti muita alkuaineita. He havaitsivat juuri tämän, eli kolme kaukaista varhaisen universumin pilveä, joissa oli hyvin vähän rautaa, mutta runsaasti hiiltä ja muita alkuaineita. Tämä oli ensimmäisten tähtien räjähdysten sormenjälki.

Myös monissa oman galaksimme vanhoissa tähdissä on havaittu sama erikoinen kemiallinen koostumus. Tutkijat kutsuvat näitä toisen sukupolven tähdiksi, jotka ovat muodostuneet suoraan ensimmäisten tähtien 'tuhkasta'. Tässä esitellyssä tutkimuksessa vastaavaa 'tuhkaa' on löydetty varhaisesta maailmankaikkeudesta, mikä on lisännyt palapeliin siitä puuttuvan palan. "Löytömme avaa uusia mahdollisuuksia tutkia epäsuorasti ensimmäisten tähtien ominaisuuksia samalla täydentäen tutkimuksia oman galaksimme tähdistä", kertoi Salvadori.

Havaitakseen ja tutkiakseen näitä kaukaisia kaasupilviä tutkimusryhmä hyödynsi kvasaareina tunnettuja valomajakoita. Ne ovat hyvin kirkkaita kohteita, joiden energianlähteenä ovat kaukaisten galaksien keskustoissa olevat supermassiiviset mustat aukot. Kvasaarin valon kulkiessa maailmankaikkeuden läpi, se kulkee myös kaasupilvien läpi, joissa olevat eri alkuaineet jättävät jälkiä valoon. 

Näiden kemiallisten jälkien löytämiseksi tutkimusryhmä analysoi useista kvasaareista kerättyjä tietoja, jotka oli havaittu ESO:n VLT:n X-shooter-instrumentilla. X-shooter hajottaa valon useisiin eri aallonpituuksiin, eli väreihin, mikä tekee siitä ainutlaatuisen instrumentin, jonka avulla näissä kaukaisissa pilvissä olevia eri alkuaineita voidaan tunnistaa.

Tämä tutkimus avaa uusia näkymiä seuraavan sukupolven teleskoopeille ja instrumenteille, kuten ESO:n tulevalle Erittäin suurelle kaukoputkelle (ELT) ja sen korkean resoluution ArmazoNes high Dispersion Echelle Spectrograph, ANDES-instrumentille. "ELT:n ANDES:in avulla voimme tutkia näitä harvinaisia kaasupilviä tarkemmin, ja pystymme vihdoin selvittämään ensimmäisten tähtien salaperäistä luonnetta", totesi Italian kansallisen Astrofysiikan laitoksen tutkija Valentina D’Odorico lopuksi.

Lisähuomiot

[1] Alkuräjähdyksen jälkeen ensimmäisten minuuttien aikana maailmankaikkeudessa oli vain kolmea kevyintä alkuainetta: vetyä, heliumia ja hieman litiumia. Raskaammat alkuaineet muodostuivat tähdissä paljon myöhemmin.

Lisätietoa

Tässä esitelty tutkimus on julkaistu artikkelissa Astrophysical Journal (doi: XXXXX).

Tutkimuksessa mukana ovat olleet seuraavat tahot: Andrea Saccardi (Observatoire de Paris, Université PSL, Ranska; Dipartimento di Fisica e Astronomia, University of Florence, Italia [UFlorence]), Stefania Salvadori (UFlorence; INAF – Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Italia), Valentina D’Odorico (Scuola Normale Superiore, Italia; INAF – Osservatorio Astrofisico di Trieste, Italia [INAF Trieste]; IFPU – Institute for Fundamental Physics of the Universe, Italia [IFPU]), Guido Cupani (INAF Trieste; IFPU), Michele Fumagalli (Dipartimento di Fisica G. Occhialini, University of  Milano Bicocca, Italia; INAF Trieste), Trystyn A. M. Berg (Dipartimento di Fisica G. Occhialini, University of  Milano Bicocca, Italia), George D. Becker (Department of Physics & Astronomy, University of California, Yhdysvallat), Sara Ellison (Department of Physics & Astronomy, University of Victoria, Kanada), Sebastian Lopez (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Chile).

Euroopan eteläinen observatorio (ESO) tekee maailmankaikkeuden salaisuuksien tutkimisen mahdolliseksi kaikille tutkijoille ympäri maailman. Suunnittelemme, rakennamme ja operoimme huippuluokan maanpäälisiä observatorioita, joita tähtitieteilijät käyttävät jännittävien tutkimusongelmien ratkaisemiseen ja populääritähtitieteen edistämiseen. Me edistämme myös kansainvälistä yhteistyötä tähtitieteen alalla. ESO perustettiin hallitustenväliseksi järjestöksi vuonna 1962 ja nykyään ESO:ssa on mukana 16 jäsenvaltiota (Itävalta, Belgia, Tšekki, Tanska, Ranska, Suomi, Saksa, Irlanti, Italia, Alankomaat, Puola, Portugali, Espanja, Ruotsi, Sveitsi ja Yhdistynyt kuningaskunta) yhdessä Chilen isäntävaltion kanssa ja Australian kanssa strategisena kumppanina. ESO:n pääkonttori ja sen vierailijakeskus ja planetaario, ESO Supernova, sijaitsevat lähellä Müncheniä Saksassa. Chilen Atacaman aavikko on upea paikka, jossa on ainutlaatuiset olosuhteet tähtitaivaan tarkkailuun. Se on kaukoputkiemme sijoituspaikka. ESO:lla on kolme havaintopaikkaa: La Silla, Paranal ja Chajnantor. Paranalissa ESO operoi Very Large Telescope (VLT) kaukoputkea ja siihen liittyvää Very Large Telescope Interferometria sekä paikalla sijaitsevia taivaankartoitusteleskooppeja: infrapuna-alueella toimivaa VISTAa ja näkyvän valon alueella toimivaa VLT Survey Teleskooppia. Paranalissa ESO isännöi ja operoi myös Cherenkov Telescope Array South havaintolaitetta, joka on maailman suurin ja herkin gamma-alueella havaitseva observatorio. ESO operoi yhdessä kansainvälisten kumppaneiden kanssa APEX- ja ALMA-observatriota Chajnantorilla, jotka ovat kaksi millimetri- ja alimillimetrin alueella toimivaa havaintolaitetta. Rakennamme parhaillaan Paranalin lähelle Cerro Armazonesille "maailman suurinta silmää taivaalle”, ESO:n Erittäin suurta kaukoputkea (Extremely Large Telescope, ELT). Santiagossa, Chilessä sijaitsevista toimipisteistämme tuemme toimintaamme Chilessä ja olemme yhteydessä chileläisiin yhteistyökumppaneihin ja yhteiskuntaan.

Linkit

• Tutkimusartikkeli
• VLT:n kuvia
• Median edustaja: Tilaa uutiskirje saadaksesi julkaisusulun alaiset uutiset omalla kielelläsi
• Tukija, onko sinulla kerrottavaa? Pitchaa oma tutkimuksesi!

Yhteystiedot

Andrea Saccardi
GEPI, Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS
Paris, France
Matkapuhelin: +39 3408796870
Sähköposti: andrea.saccardi@observatoiredeparis.psl.eu

Stefania Salvadori
University of Florence
Florence, Italy
Puh.: +39 055 2755222
Sähköposti: stefania.salvadori@unifi.it

Valentina D’Odorico
INAF Osservatorio Astronomico di Trieste
Trieste, Italy
Puh.: +39 040 3199217
Sähköposti: valentina.dodorico@inaf.it

Juan Carlos Muñoz Mateos
ESO Media Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6176
Sähköposti: press@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