Komunikat prasowy

Obserwacje rozbłysku gamma za pomocą teleskopu VLT ukazały zaskakujące składniki pierwszych galaktyk

2 listopada 2011

Międzynarodowy zespół astronomów wykorzystał krótkotrwałe, ale jasne, światło odległego rozbłysku gamma do zbadania składu bardzo odległych galaktyk. Co zaskakujące, nowe obserwacje wykonane Bardzo Dużym Teleskopem (VLT), należącym do ESO, ujawniły w młodych Wszechświecie dwie galaktyki, które są bardziej bogate w cięższe pierwiastki chemiczne niż Słońce. Obie galaktyki mogą być w trakcie procesu łączenia się. Takie zdarzenia powodowały we wczesnym Wszechświecie formowanie się wielu nowych gwiazd i mogą być źródłem dla błysków gamma.

Rozbłyski gamma są najjaśniejszymi eksplozjami we Wszechświecie [1]. Są najpierw dostrzegane przez obserwatoria satelitarne, które wykrywają początkowy, krótki błysk promieniowania gamma. Po ustaleniu pozycji błysków na niebie są one natychmiast badane za pomocą dużych teleskopów naziemnych, które w świetle widzialnym i podczerwonym mogą wykryć poświatę od błysku, którą emituje on w ciągu kolejnych godzin i dni. Jeden z takich rozbłysków, oznaczony jako GRB 090323 [2], został dostrzeżony przez NASA Fermi Gamma-ray Space Telescope. Bardzo szybko kolejne obserwacje rozpoczął rentgenowski detektor na satelicie Swift, należącym do NASA oraz system GROND na 2,2-metrowym teleskopie PMG/ESO w Chile (eso1049), a następnie, w zaledwie jeden dzień od eksplozji, szczegółowe badania kontynuowana Bardzo Dużym Teleskopem (VLT), należącym do ESO.

Obserwacje VLT pokazują, że jasne światło od rozbłysku gamma przeszło przez jego galaktykę macierzystą i inne sąsiednie galaktyki. Są one widoczne w stanie takim, w jakim były około 12 miliardów lat temu [3]. Tak odległe galaktyki sa bardzo rzadko obserwowane w obrębie poświaty po rozbłysku gamma.

 „Gdy badaliśmy światło od rozbłysku gamma, nie wiedzieliśmy, co możemy znaleźć. Niespodzianką było to, że chłodny gaz w tych dwóch galaktykach we wczesnym Wszechświecie, dostarczył dowodu na tak zaskakujący skład chemiczny” wyjaśnia Sandra Savaglio (Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Niemcy), główna autorka publikacji opisującej nowe wyniki badań. „Te galaktyki mają więcej ciężkich pierwiastków niż kiedykolwiek dostrzeżono w galaktykach we wczesnym etapie ewolucji Wszechświata. Nie spodziewaliśmy się, tak wcześnie Wszechświat był już tak dojrzały, tak chemicznie wyewoluowany.”

Ponieważ światło od błysku gamma przeszło przez galaktyki, zawarty w nich gaz podziałał jak filtr i zaabsorbował część światła od błysku, w określonych długościach fali. Bez błysku gamma te słabe galaktyki byłyby niewidoczne. Jednak staranna analiza „odcisków palców” od różnych pierwiastków chemicznych, pozwoliła zespołowi na określenie składu chemicznego chłodnego gazu w bardzo odległych galaktykach, a w szczególności zawartości ciężkich pierwiastków.

Naukowcy spodziewają się, że galaktyki w młodym Wszechświecie zawierają mniejsze ilości cięższych pierwiastków niż galaktyki współczesne, takie jak Droga Mleczna. Cięższe pierwiastki sa produkowane podczas życia i śmierci generacji gwiazd, stopniowo wzbogacając gaz w galaktykach [4]. Astronomowie mogą opierać się na składzie chemicznym galaktyk do ustalenia na jakim etapie swojej ewolucji obiekty te się znajdują. Jednak nowe obserwacje zaskakująco ujawniły, że niektóre galaktyki były bogate w ciężkie pierwiastki już dwa miliardy lat po Wielkim Wybuchu. Rzecz nie do pomyślenia jeszcze całkiem niedawno.

Nowo odkryta para młodych galaktyk musi formować gwiazdy w niesamowitym tempie, aby wzbogacać chłodny gaz tak silnie i szybko. Ponieważ dwie galaktyki są blisko siebie, mogą stanowić merger, czyli być w trakcie łączenia się, co może powodować formowanie się gwiazd, gdy obłoki gazu zderzają się ze sobą. Nowe wyniki badań wspierają także koncepcję, ze błyski gamma mogą być związane z gwałtownym formowaniem gwiazd masywnych.

Żwawe formowanie się gwiazd w galaktykach takich jak przedstawione, mogło zakończyć się we wczesnej historii Wszechświata. Dwanaście miliardów lat później, w obecnych czasach, pozostałości takich galaktyk zawierałaby wielką liczbę pozostałości gwiazdowych takich jak czarne dziury lub chłodne karły, formując trudne do wykrycia populacje „martwych galaktyk”, stanowiących nikłe cienie tego jakimi były w swojej młodości. Znalezienie takich pozostałości w obecnym Wszechświecie  stanowiłoby wyzwanie.

„Mieliśmy wiele szczęścia obserwując GRB 09032, gdy był jeszcze wystarczająco jasny, tak że możliwe było uzyskanie spektakularnie dokładnych obserwacji za pomocą VLT. Rozbłyski gamma pozostają jasne przez bardzo krótki okres czasu i uzyskanie danych dobrej jakości jest bardzo trudne. Mamy nadzieję obserwować te galaktyki w przyszłości ponownie, gdy będziemy dysponować bardziej czułymi instrumentami. Będą idealnym celem obserwacji dla E-ELT.” podsumowuje Savaglio.

Uwagi

[1] Rozbłyski gamma trwające dłużej niż dwie sekundy określane są jako długie, a te trwające krócej jako krótkie. Długie błyski gamma, w tym ten będący przedmiotem opisywanych badań, są związane z wybuchami supernowych z masywnych, młodych gwiazd w formujących gwiazdy galaktykach. Krótkie błyski nie są dobrze wyjaśnione, ale mogą pochodzić od mergerów dwóch zwartych obiektów, takich jak gwiazdy neutronowe.

[2] Nazwa odnosi się do daty odkrycia błysku gamma. W tym przypadku został dostrzeżony 23 marca 2009 roku

[3] Galaktyki były obserwowane z przesunięciem ku czerwieni równym 3.57, co oznacza, że są widoczne w stanie, w jakim były 1,8 miliarda lat po Wielkim Wybuchu.

[4] Materia wytworzona w Wielkim Wybuchu, 13,7 miliarda lat temu, była prawie w całości złożona z wodoru i helu. Większość cięższych pierwiastków, takich jak tlen, azot i węgiel, została wytworzona później w reakcjach termojądrowych we wnętrzach gwiazd i wzbogaciła rezerwuary gazu w galaktykach gdy gwiazdy te zakończyły swoje istnienie. W związku z tym naukowcy spodziewają się, że ilość cięższych pierwiastków w większości galaktyk stopniowo rośnie wraz z wiekiem Wszechświata.

Więcej informacji

Wyniki badań zostały opublikowane w artykule “Super-solar Metal Abundances in Two Galaxies at z ~ 3.57 revealed by the GRB 090323 Afterglow Spectrum”, który ukaże się w czasopiśmie “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”.

Skład zespołu badawczego: S. Savaglio (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching koło Monachium, Niemcy [MPE]), A. Rau (MPE), J. Greiner (MPE), T. Krü̈hler (MPE; Technische Universitä̈t München, Garching, Niemcy [TUM]; Dark Cosmology Centre, University of Copenhagen, Dania), S. McBreen (University College Dublin, Irlandia; MPE), D. H. Hartmann (Clemson University, Clemson, USA), A. C. Updike (Clemson; Dickinson College, Carlisle, USA), R. Filgas (MPE), S. Klose (Thü̈ringer Landessternwarte Tautenburg, Niemcy), P. Afonso (MPE), C. Clemens (MPE), A. Küpcü̈ Yoldas (ESO, Garching, Niemcy), F. Olivares E. (MPE), V. Sudilovsky (MPE; TUM) oraz G. Szokoly (Eötvö̈s University, Budapest, Węgry).

ESO, Europejskie Obserwatorium Południowe, jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Jest wspierane przez 15 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada Bardzo Duży Teleskop (Very Large Telescope), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest europejskim partnerem dla rewolucyjnego teleskopu ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. ESO planuje obecnie 40-metrowej klasy Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope - E-ELT), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia VLT

Kontakt

Sandra Savaglio
Astronomer, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 30000 3358
Tel. kom.: +49 151 5194 4223
E-mail: savaglio@mpe.mpg.de

Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel. kom.: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych