Komunikat prasowy

ALMA odkrywa sekrety olbrzymiej kosmicznej bańki

21 września 2016

Międzynarodowy zespół naukowców, korzystający z sieci radioteleskopów ALMA, a także z należącego do ESO teleskopu VLT oraz innych teleskopów, odkrył prawdziwą naturę rzadkiego obiektu w odległym Wszechświecie, zwanego Bańką Lyman-alfa. Do tej pory astronomowie nie rozumieli co powoduje, że te wielkie obłoki gazu świecą tak jasno, ale ALMA dostrzegła w sercu jednego z tego typu obiektów dwie galaktyki, w których trwa „szał” powstawania gwiazd rozświetlający ich otoczenie. Te olbrzymie galaktyki znajdują się w centrum roju mniejszych galaktyk w czymś, co wydaje się wczesną fazą powstawania masywnej gromady galaktyk. Wydaje się, że dwa źródła ALMA wyewoluują w pojedynczą gigantyczną galaktykę eliptyczną.

Bańki Lyman-Alfa (ang. Lyman-alpha Blobs (LABs)) to olbrzymie obłoki gazu wodorowego, które mogą rozciągać się na tysiące lat świetlnych i znajduje się je na bardzo dużych kosmicznych dystansach. Nazwa odzwierciedla charakterystyczną długość fali światła ultrafioletowego, które emitują, znanego jako promieniowanie Lyman-alfa [1]. Od momentu ich odkrycia, procesy, które powodują powstanie obiektów LAB jest astronomiczną zagadką. Ale nowe obserwacje przy pomocy ALMA mogą pozwolić na wyjaśnienie tej tajemnicy.

Jedną z największych znanych baniek Lyman-alfa, a także jedną z najdokładniej zbadanych, jest „SSA22-Lyman-alpha blob 1”, w skrócie LAB-1. Zawarta w centrum gigantycznej gromady galaktyk we wczesnym stadium powstawania, była jednym z pierwszych odkrytych tego typu obiektów – w roku 2000. Znajduje się tak daleko, że jej światło potrzebuje około 11,5 miliarda lat, aby dotrzeć do nas.

Zespół astronomów, którym kieruje Jim Geach z Centre for Astrophysics Research of the University of Hertfordshire (Wielka Brytania), użył Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) i jej niezrównanej zdolności do obserwowania światła od chłodnych obłoków pyłu w odległych galaktyk, aby zajrzeć głęboko w LAB-1. Pozwoliło to naukowcom na rozdzielenie kilku źródeł emisji submilimetrowej [2].

Następnie badacze połączyli obrazy z ALMA z obserwacjami wykonanymi instrumentem Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) zamontowanym na teleskopie VLT, przez co uzyskali mapę światła Lyman-alfa. Pokazało to, że źródła ALMA znajdują się w samym ścisłym centrum bańki Lyman-alfa, gdzie tworzą się gwiazdy w tempie ponad 100 razy większym niż w przypadku Drogi Mlecznej.

Głębokie zdjęcia Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i spektroskopia z W. M. Keck Observatory pokazały dodatkowo, że źródła ALMA są otoczone przez liczne słabe galaktyki towarzyszące, które być może bombardują materią centralne źródła ALMA, pomagając w utrzymaniu wysokiego tempa narodzin gwiazd.

Zespół przeprowadził następnie skomplikowaną symulację powstawania galaktyki, aby pokazać, że olbrzymi świecący obłok emisji Lyman-alfa może zostać wyjaśniony, jeśli ultrafioletowe światło produkowane przez procesy gwiazdotwórcze w źródłach ALMA ulega rozproszeniu na otaczającym gazie wodorowym. To powoduje powstanie bańki Lyman-alfa, którą widzimy.

Jim Geach, główny autor nowych badań, wyjaśnia: „Pomyślmy o ulicznych światłach w mglistą noc – widać rozmyte poświaty, ponieważ światło jest rozpraszane przez niewielkie krople wody. Podobny proces zachodzi tutaj zamiast świateł ulicznych mamy galaktykę gwiazdotwórczą, a rolę mgły odgrywa przepastny obłok międzygalaktycznego gazu. To galaktyki rozświetlają swoje otoczenie.”

Zrozumienie w jaki sposób galaktyki powstają i ewoluują jest gigantycznym wyzwaniem. Astronomowie przypuszczają, że bąble Lyman-alfa są ważne, ponieważ wydają się być miejscami, w którym formują się najmasywniejsze galaktyki. W szczególności, poszerzone światło Lyman-alfa dostarcza informacji o tym, co działo się w pierwotnych obłokach gazu otaczających młode galaktyki – jest to bardzo trudny do zbadania obszar, a jednocześnie jego poznanie jest krytyczne.

Jim Geach podsumowuje: „Interesujące w przypadku tych baniek jest to, że uzyskujemy rzadki wgląd w to co dzieje są wokół młodych, rozrastających się galaktyk. Przez długi czas pochodzenie poszerzonego światła Lyman-alfa budziło kontrowersje. Ale dzięki połączeniu nowych obserwacji i najnowszych symulacji, sądzimy, że rozwiązaliśmy 15-letnią zagadkę: bąbel Lyman-alfa-1 jest miejscem formowania się masywnej galaktyki eliptycznej, która pewnego dnia będzie sercem gigantycznej gromady. Widzimy klatkę z procesu powstawania tej galaktyki 11,5 miliarda lat temu.”

Uwagi

[1] Negatywnie naładowane elektrony, które krążą po orbitach wokół pozytywnie naładowanego jądra w atomie, mają skwantowane poziomy energetyczne. Oznacza to, że mogą istnieć wyłącznie w specyficznych stanach energetycznych i mogą przechodzić jedynie pomiędzy nimi, zyskując lub tracąc ściśle określoną ilość energii. Promieniowania Lyman-alfa jest wytwarzane gdy elektrony w atomach wodoru spadają z drugiego najniższego na najniższy poziom energetyczny. Tracona energia jest emitowana jako światło o konkretnej długości fali, w ultrafioletowej części widma. Astronomowie mogą je wykrywać dzięki teleskopom kosmicznym lub w przypadku obiektów z przesunięcie ku czerwieni, także dzięki teleskopom naziemnym. W przypadku LAB-1, z przesunięciem ku czerwieni z ~ 3, światło Lyman-alfa jest odbierane się w zakresie widzialnym.

[2] Rozdzielczość to zdolność do dostrzeżenia że obiekty są oddzielone od siebie. W niskiej rozdzielczości kilka jasnych, odległych źródeł będzie wydawać się pojedynczą jasną plamą i dopiero znacznie zbliżenie się do nich pozwoli odróżnić każde ze źródeł. Duża rozdzielczość ALMA pozwala na rozdzielanie na dwa osobne źródła czegoś co do tej pory widziano jako jedną plamę.

[3] Użyto następujących instrumentów: Space Telescope Imaging Spectograph (STIS) na Kosmicznym Teleskopie Hubble’a oraz Multi-Object Spectrometer For Infra-Red Exploration (MOSFIRE) zamontowany na teleskopie Keck I na Hawajach.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. „ALMA observations of Lyman-α Blob 1: Halo sub-structure illuminated from within” J. Geach et al., który ukaże się w Astrophysical Journal.

Skład zespołu badawczego: J. E. Geach (Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire, Hatfield, Wielka Brytania), D. Narayanan (Department of Physics and Astronomy, Haverford College, Haverford PA, USA; Department of Astronomy, University of Florida, Gainesville FL, USA), Y. Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokio, Japonia; The Graduate University for Advanced Studies, Mitaka, Tokio, Japonia), M. Hayes (Stockholm University, Department of Astronomy and Oskar Klein Centre for Cosmoparticle Physics, Stockholm, Sweden), Ll. Mas-Ribas (Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo, Oslo, Norway), M. Dijkstra (Institute of Theoretical Astrophysics, University of Oslo, Oslo, Norwegia), C. C. Steidel (California Institute of Technology, Pasadena CA, USA ), S. C. Chapman (Department of Physics and Atmospheric Science, Dalhousie University, Halifax, Canada ), R. Feldmann (Department of Astronomy, University of California, Berkeley CA, USA ), A. Avison (UK ALMA Regional Centre Node; Jodrell Bank Centre for Astrophysics, School of Physics and Astronomy, The University of Manchester, Manchester, Wielka Brytania), O. Agertz (Department of Physics, University of Surrey, Guildford, UK), Y. Ao (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokio, Japonia), M. Birkinshaw (H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Bristol, Wielka Brytania), M. N. Bremer (H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol, Bristol, Wielka Brytania), D. L. Clements (Astrophysics Group, Imperial College London, Blackett Laboratory, Londyn, Wielka Brytania), H. Dannerbauer (Instituto de Astrofísica de Canarias, La Laguna, Tenerife, Hiszpania; Universidad de La Laguna, Astrofísica, La Laguna, Tenerife, Hiszpania), D. Farrah (Department of Physics, Virginia Tech, Blacksburg VA, USA), C. M. Harrison (Centre for Extragalactic Astronomy, Department of Physics, Durham University, Durham, Wielka Brytania), M. Kubo (National Astronomical Observatory of Japan, Mitaka, Tokio, Japonia), M. J. Michałowski (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Wielka Brytania), D. Scott (Department of Physics & Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, Kanada), M. Spaans (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Groningen, Holandia) , J. Simpson (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, Wielka Brytania), A. M. Swinbank (Centre for Extragalactic Astronomy, Department of Physics, Durham University, Durham, Wielka Brytania), Y. Taniguchi (The Open University of Japan, Chiba, Japonia), E. van Kampen (ESO, Garching, Niemcy), P. Van Der Werf (Leiden Observatory, Leiden University, Leiden, Holandia), A. Verma (Oxford Astrophysics, Department of Physics, University of Oxford, Oxford, UK) oraz T. Yamada (Astronomical Institute, Tohoku University, Miyagi, Japonia).

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) to międzynarodowy projekt badawczy realizowany we współpracy pomiędzy ESO, U.S. National Science Foundation (NSF) oraz National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan, przy udziale Chile. ALMA jest finansowana przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich organizacji, przez NSF we współpracy z National Research Council of Canada (NRC) i National Science Council of Taiwan (NSC) oraz przez NINS we współpracy z Academia Sinica (AS) na Tajwanie i Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

Budowa i użytkowanie ALMA są kierowane przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich organizacji, National Radio Astronomy Observatory (NRAO), zarządzane przez Associated Universities, Inc. (AUI), w imieniu Ameryki Północnej i przez National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) w imieniu Azji Wschodniej. Joint ALMA Observatory (JAO) umożliwia połączone kierowanie i zarządzanie budową, testowaniem i użytkowaniem ALMA.

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Wspiera je 16 krajów: Austria, Belgia, Brazylia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Polska, 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 teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), 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 głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop E-ELT (European Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop Europejski), który stanie się “największym okiem świata na niebo”.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia ALMA
• Zdjęcia VLT

Kontakt

Jim Geach
Centre for Astrophysics Research, University of Hertfordshire
Hatfield, UK
E-mail: j.geach@herts.ac.uk

Matthew Hayes
Stockholm University
Stockholm, Sweden
Tel.: +46 (0)8 5537 8521
E-mail: matthew@astro.su.se

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6655
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