Persbericht

MUSE verkent niet eerder in kaart gebrachte diepten van het Hubble Ultra Deep Field

Diepste spectroscopische survey aller tijden voltooid

29 november 2017

Astronomen die gebruik maken van het MUSE-instrument van ESO’s Very Large Telescope in Chili hebben de ‘diepste’ spectroscopische survey aller tijden uitgevoerd. Ze hebben zich gericht op het Hubble Ultra Deep Field en de afstanden en eigenschappen van 1600 zeer zwakke sterrenstelsels gemeten, waaronder 72 stelsels die nog nooit eerder zijn waargenomen – zelfs niet door de Hubble-ruimtetelescoop zelf. De grensverleggende gegevens hebben al geresulteerd in tien onderzoeksartikelen die in een speciaal nummer van het tijdschrift Astronomy & Astrophysics worden gepubliceerd. De schat aan nieuwe informatie geeft astronomen inzicht in de stervormingsprocessen in het jonge heelal, en stelt hen in staat om de bewegingen en andere eigenschappen van vroege sterrenstelsels te onderzoeken – met dank aan de unieke spectroscopische kwaliteiten van MUSE.

Het MUSE HUDF Survey-team, onder leiding van Roland Bacon van de Universiteit van Lyon (CRAL, CNRS), Frankrijk, heeft met behulp van MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) het Hubble Ultra Deep Field (heic0406) onder de loep genomen. Dat is een stukje hemel in het zuidelijke sterrenbeeld Fornax (Oven) dat al vele malen is onderzocht. Het nieuwe onderzoek heeft geresulteerd in de diepste  spectroscopische waarnemingen die ooit zijn gedaan: van 1600 sterrenstelsels – tien keer zo veel als de afgelopen tien jaar bij elkaar – is nauwkeurige spectroscopische informatie verkregen.

De oorspronkelijke HUDF-opnamen waren het resultaat van baanbrekende diepe waarnemingen met de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA, die in 2004 werden gepubliceerd. Ze boden een diepere blik in het heelal dan ooit tevoren en brachten het bestaan aan het licht van een scala aan sterrenstelsels die terugging tot minder dan een miljard jaar na de oerknal. Nadien is dit hemelgebied nog vele malen met Hubble en andere telescopen bekeken, wat heeft geresulteerd in de diepste blik in het heelal tot nu toe [1]. Ondanks het verre bereik van de Hubble-waarnemingen heeft MUSE – naast vele andere resultaten – in dit kleine stukje hemel nu echter 72 sterrenstelsels weten op te sporen die nog nooit eerder waren gezien.

Roland Bacon doet het woord: ‘MUSE kan iets wat Hubble niet kan: hij splitst het licht van elk punt in de opname tot zijn samenstelde kleuren, waardoor een spectrum ontstaat. Dit stelt ons in staat om de afstanden, kleuren en andere eigenschappen te meten van alle sterrenstelsels die we zien – waaronder enkele die onzichtbaar zijn voor Hubble zelf!’

De MUSE-gegevens geven een nieuwe blik op zwakke, zeer verre sterrenstelsels zoals ze er 13 miljard jaar geleden – kort na het ontstaan van het heelal – uitzagen. Het instrument heeft sterrenstelsels gedetecteerd die honderd keer zwakker zijn dan die van eerdere surveys, waardoor dit toch al grondig waargenomen hemelgebied nog verder is verrijkt en ons begrip van de evolutie van sterrenstelsels verder is uitgediept.

Bij de survey zijn 72 potentiële Lyman-alpha-stralers ontdekt – sterrenstelsels die uitsluitend Lyman-alfastraling uitzenden [2]. Met onze huidige kennis van het stervormingsproces kunnen we deze sterrenstelsels, die alleen licht van één bepaalde kleur uitzenden, niet volledig verklaren. Het feit dat MUSE hun zwakke schijnsel in zijn samenstellende kleuren ontleedt, brengt deze objecten aan het licht, terwijl ze op diepe opnamen zoals die met Hubble zijn gemaakt onzichtbaar blijven.

‘MUSE heeft het unieke vermogen om informatie te onttrekken aan enkele van de vroegste sterrenstelsels in het heelal – zelfs in een hemelgebied dat al heel goed onderzocht is,’ aldus Jarle Brinchmann van de Sterrewacht Leiden en het Instituut voor Astrofysica van de Universiteit van Porto (Portugal), hoofdauteur van een van de artikelen die op dit onderzoek zijn gebaseerd. ‘We leren dingen over deze sterrenstelsels die je alleen met behulp van spectroscopie te weten komt, zoals hun chemische samenstelling en inwendige beweging – niet stelsel voor stelsel, maar voor alle stelsels tegelijk!’

Een andere belangrijke ontdekking bij dit onderzoek was de systematische detectie van heldere halo’s van waterstof rond sterrenstelsels in het vroege heelal, die astronomen de nieuwe veelbelovende mogelijkheid biedt om te onderzoeken hoe materiaal in en uit de vroege stelsels stroomt.

In de reeks artikelen worden nog vele andere mogelijke toepassingen van de nieuwe gegevens verkend. Zo kan worden onderzocht welke rol zwakke sterrenstelsels hebben gespeeld bij de kosmische reïonisatie en in welk tempo sterrenstelsels in het jonge heelal zich met elkaar hebben verenigd. Ook kunnen galactische winden, stervorming en de bewegingen van sterren in het vroege heelal onderzocht worden.

‘Opmerkelijk genoeg zijn al deze gegevens verzameld zonder gebruik te maken van de recente Adaptive Optics Facility-upgrade van MUSE. De inwerkingstelling van AOF – het resultaat van tien jaar noeste arbeid door astronomen en technici van ESO – belooft nog meer grensverleggende gegevens te zullen opleveren,’ besluit Roland Bacon [3].

Noten

[1] Het Hubble Ultra Deep Field is een van de best onderzochte stukjes ruimte. Tot op heden is het betreffende gebied onderzocht met dertien instrumenten van acht verschillende telescopen, waaronder ESO-partner ALMA (eso1633), waarmee waarnemingen zijn verricht op röntgen- tot radiogolflengten.

[2] De negatief geladen elektronen die om de positief geladen kern van een atoom draaien hebben gekwantiseerde energieniveaus. Dat we zeggen dat ze alleen specifieke energietoestanden kunnen aannemen en alleen van het ene niveau naar het andere kunnen verspringen door precieze hoeveelheden energie op te nemen of af te geven. Lyman-alfastraling ontstaat wanneer elektronen in waterstofatomen van het op een na laagste naar het laagste energieniveau terugvallen. De hoeveelheid energie die ze daarbij verliezen komt vrij als licht met een specifieke golflengte in het ultraviolette deel van het spectrum. Omdat het licht van verre sterrenstelsels onderweg naar de aarde een sterke roodverschuiving ondergaat – in dit geval bedraagt deze 3 tot 6,6 – wordt de Lyman-alfastraling uiteindeijk waargenomen als zichtbaar licht of nabij-infraroodstraling.

[3] Dankzij de Adaptive Optics Facility heeft MUSE al nooit eerder waargenomen ringen ontdekt rond de planetaire nevel IC 4406 (eso1724).

Meer informatie

De resultaten van de survey worden gepresenteerd in tien artikelen die in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics verschijnen.

De onderzoeksteams bestaan uit Roland Bacon (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), Hanae Inami (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), Jarle Brinchmann (Sterrewacht Leiden; Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, Porto, Portugal), Michael Maseda (Sterrewacht Leiden), Adrien Guerou (IRAP, CNRS, Université Toulouse III – Paul Sabatier, CNES, Universiteit van Toulouse, Frankrijk; ESO, Garching, Duitsland), A.B. Drake (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), H. Finley (IRAP, Universiteit van Toulouse, Toulouse, Frankrijk), F. Leclercq (Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), E. Ventou (IRAP, CNRS, Université Toulouse III – Paul Sabatier, CNES Universiteit van Toulouse, Toulouse, Frankrijk), T. Hashimoto (Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), Simon Conseil (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), David Mary (Laboratoire Lagrange, CNRS, Observatoire de la Côte d’Azur, Universiteit van Nice, Nice, Frankrijk), Martin Shepherd (Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), Mohammad Akhlaghi (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), Peter M. Weilbacher (Leibniz-Institut für Astrophysik, Postdam, Duitsland), Laure Piqueras (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), Lutz Wisotzki (Leibniz-Institut für Astrophysik, Potsdam, Duitsland), David Lagattuta (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), Benoit Epinat (IRAP, CNRS, Université Toulouse III – Paul Sabatier, CNES, Universiteit van Toulouse, Toulouse, Frankrijk; and LAM, CNRS/Aix Marseille Université, Marseille, Frankrijk), Sebastiano Cantalupo (ETH Zürich, Zürich, Zwitserland), Jean Baptiste Courbot (Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk; ICube, Universiteit van Straatsburg, Straatsburg, Frankrijk), Thierry Contini (IRAP, CNRS, Université Toulouse III – Paul Sabatier, CNES Universiteit van Toulouse, Toulouse, Frankrijk), Johan Richard (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), Rychard Bouwens (Sterrewacht Leiden), Nicolas Bouché (IRAP, CNRS, Université Toulouse III – Paul Sabatier, CNES Universiteit van Toulouse, Toulouse, Frankrijk), Wolfram Kollatschny (AIG, Universität Göttingen, Göttingen, Duitsland), Joop Schaye (Sterrewacht Leiden), Raffaella Anna Marino (ETH Zürich, Zürich, Zwitserland), Roser Pello (IRAP, CNRS, Université Toulouse III – Paul Sabatier, CNES Universiteit van Toulouse, Toulouse, Frankrijk), Bruno Guiderdoni (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), Marcella Carollo (ETH Zürich, Zürich, Zwitserland), S. Hamer (Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), B. Clément (Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), G. Desprez (Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), L. Michel-Dansac (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), M. Paalvast (Sterrewacht Leiden), L. Tresse (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), L.A. Boogaard (Sterrewacht Leiden), J. Chevallard (Scientific Support Office, ESA/ESTEC, Noordwijk), S. Charlot (Sorbonne University, Paris, Frankrijk), J. Verhamme (Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), Marijn Franx (Sterrewacht Leiden), Kasper B. Schmidt (Leibniz-Institut für Astrophysik, Potsdam, Duitsland), Anna Feltre (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), Davor Krajnović (Leibniz-Institut für Astrophysik, Potsdam, Duitsland), Eric Emsellem (ESO, Garching, Duitsland; Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), Mark den Brok (ETH Zürich, Zürich, Zwitserland), Santiago Erroz-Ferrer (ETH Zürich, Zürich, Zwitserland), Peter Mitchell (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), Thibault Garel (Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), Jeremy Blaizot (CRAL - CNRS, Université Claude Bernard Lyon 1, ENS de Lyon, Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk), Edmund Christian Herenz (Department of Astronomy, Stockholm University, Stockholm, Zweden), D. Lam (Sterrewacht Leiden), M. Steinmetz (Leibniz-Institut für Astrophysik, Potsdam, Duitsland) en J. Lewis (Universiteit van Lyon, Lyon, Frankrijk).

ESO is de belangrijkste intergouvernementele astronomische organisatie in Europa en verreweg de meest productieve sterrenwacht ter wereld. Zij wordt ondersteund door zestien lidstaten: België, Brazilië, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland, en door gastland Chili. ESO voert een ambitieus programma uit, gericht op het ontwerpen, bouwen en beheren van grote sterrenwachten die astronomen in staat stellen om belangrijke wetenschappelijke ontdekkingen te doen. Ook speelt ESO een leidende rol bij het bevorderen en organiseren van samenwerking op astronomisch gebied. ESO beheert drie waarnemingslocaties van wereldklasse in Chili: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s Very Large Telescope (VLT), de meest geavanceerde optische sterrenwacht ter wereld, en twee surveytelescopen. VISTA werkt in het infrarood en is de grootste surveytelescoop ter wereld en de VLT Survey Telescope is de grootste telescoop die specifiek is ontworpen om de hemel in zichtbaar licht in kaart te brengen. ESO speelt ook een belangrijke partnerrol bij ALMA, het grootste astronomische project van dit moment. En op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwt ESO de 39-meter Extremely Large Telescope, de ELT, die ‘het grootste oog op de hemel’ ter wereld zal worden.

Links

• MUSE HUDF-themanummer van A&A
• ‘The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: I. Survey description, data reduction and source detection’ door R. Bacon et al.
• ‘The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: II. Spectroscopic Redshift and Line Flux Catalog, and Comparisons to Color Selections of Galaxies at 3 < z < 7’ door H. Inami et al.
• ‘The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: III. Testing photometric redshifts to 30th magnitude’ door J. Brinchmann et al.
• ‘The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: IV. An Overview of C III] Emitters’ door M. V. Maseda et al.
• ‘The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: V. Spatially resolved stellar kinematics of galaxies at redshift 0.2 ≲ z ≲ 0.8’ b A. Guérou
• ‘The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: VI. The Faint-End of the Lyα Luminosity Function at 2.91 < z < 6.64 and Implications for Reionisation’ door A. B. Drake et al.
• ‘The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey:VII. Fe II* Emission in Star-Forming Galaxies’ door H. Finley et al.
• ‘The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: VIII. Extended Lyman α haloes’ door F. Leclercq et al.
• ‘The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: IX. evolution of galaxy merger fraction up to z ≈ 6’ door E. Ventou et al.
• ‘The MUSE Hubble Ultra Deep Field Survey: X. Lyα Equivalent Widths at 2.9 < z < 6.6’ door T. Hashimoto et al.
• MUSE
• MUSE en de Adaptive Optics Facility (eso1724)

Contact

Roland Bacon
Lyon Centre for Astrophysics Research (CRAL)
France
Mobiel: +33 6 08 9 14 27
E-mail: roland.bacon@univ-lyon1.fr

Jarle Brinchmann
University of Leiden
Netherlands
Mobiel: +31 6 50 92 51 89
E-mail: jarle@strw.leidenuniv.nl

Davor Krajnovic
Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam
Germany
Mobiel: +49 160 24 34 574
E-mail: dkrajnovic@aip.de

Thierry Contini
Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie
France
Mobiel: +33 6 62 64 12 68
E-mail: thierry.contini@irap.omp.eu

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobiel: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Marieke Baan (Perscontact Nederland)
ESO Science Outreach Network en NOVA Informatie Centrum
Tel: +31(0)20-5257480
E-mail: eson-netherlands@eso.org

Connect with ESO on social media