Pressmeddelande

Rekordskarp inblick i det avlägsna universum

ALMA:s observationer av en Einsteinring avslöjar fantastiska detaljer

8 juni 2015

De skarpaste observationerna hittills med ALMA ger en spektakulärt detaljerad bild av en fjärran galax som ligger bakom en gravitationslins. Tack vare linsen visar observationerna upp – i för en så avlägsen galax aldrig tidigare skådad detalj – områden i galaxen där många nya stjärnor bildas. Detaljskärpan i de nya observationerna överträffar de som gjorts med NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble, och avslöjar stjärnbildande klumpar i galaxerna stora som gigantiska versioner av Orionnebulosan.

ALMA:s Long Baseline Campaign, inom vilken teleskopets antenner placerades vid sina maximala avstånd, har gett flera fantastiska observationer och samlat in väldigt detaljerad information om invånarna i det närliggande och fjärran universum. Observationer som gjordes i slutet av 2014 som en del av kampanjen riktad mot en avlägsen galax som kallas SDP.81. Ljuset från denna galax har utsatts av en kosmisk effekt som kallas gravitationslinsning. En stor galax som ligger mellan SDP.81 och ALMA [1] fungerar som en lins som kröker ljuset från den mer avlägsna galaxen och skapar ett nästan perfekt exampel på fenomenet som kallas en Einsteinring [2].

Minst sju grupper av forskare [3] har gjort oberoende analyser av ALMA:s mätningar av SDP.81. Denna uppsjö av forskningsartiklar har frambringat information utan motstycke kring galaxen, vilket avslöjat detaljer kring dess struktur, innehåll, rörelser och andra fysiska egenskaper.

ALMA agerar som en interferometer. Enkelt talat arbetar teleskopets flera antenner perfekt koordinerat tillsammans för att samla ljuset som ett enormt virtuellt teleskop [4]. Som ett resultat har dessa nya bilder från SDP.81 en upplösning som är sex gånger högre [5] än de som tagits i infrarött med NASA/ESA:s rymdteleskop Hubble.

Astronomernas sofistikerade modeller avslöjar små, aldrig tidigare skådade strukturer inuti SDP.81. Här finns dammiga moln som tros vara gigantiska förråd av kall molekylär gas - födelseplatser för stjärnor och planeter. Dessa modeller kunde korrigera för de förvrängningar som skapas av den förstorande gravitationslinsen.

Tack vare detta är ALMA-observationerna så skarpa att forskarna kan se enskilda stjärnfabriker i galaxen ner till storlekar på 100 ljusår. Det motsvarar att observera gigantiska kusiner till Orionnebulosan som producerar nya stjärnor tusentals gånger snabbare än där, i denna avlägsna del av universum. Detta är första gången man har sett detta fenomen på så enorma avstånd.

Rob Ivison är medförfattare till två av artiklarna och forskningschef vid ESO.

– Den rekonstruerade ALMA-bilden av galaxen är spektakulär. ALMA:s enorma uppsamlingsområde, den stora separationen mellan antennerna och den stabila atmosfären ovanför Atacamaöknen alla bidrar till att ge utsökta detaljer i båda bilder och spektra. Detta betyder att vi får väldigt känsliga observationer, samt information om hur de olika delarna av galaxen rör sig. Vi kan studera galaxer i andra änden av universum när de slås samman och skapar enorma mängder av stjärnor. Det är sånt här som får mig att gå upp på morgonen!

Med hjälp av information som insamlats av ALMA med hjälp av spektroskopi har astronomerna också mätt upp hur den avlägsna galaxen roterar och bestämt dess massa. Mätningarna visar att gasen i denna galax är instabil: klumpar kollapsar inåt och kommer troligen i framtiden att omvandlas till nya gigantiska stjärnfabriker.

Intressant nog pekar datormodeller av linseffekten på att i mitten av förgrundsgalaxen, linsen i sammanhanget, finns det ett supertungt svart hål  [6]. Eftersom de centrala delarna av SDP.81 lyser alltför svagt för att kunna registreras drar forskarna slutsatsen att förgrundsgalaxen innehåller ett supermassivt svart hål med mer än 200-300 miljoner gånger solens massa.

Antalet artiklar som publicerats utifrån analyser av bara dessa mätningar med ALMA visar upp det stora intresse som väcks tack vare teleskopets förmåga att skapa känsliga observationer med hög detaljskärpa. Det visar också hur ALMA kommer att göra det möjligt för astronomer att göra många fler upptäcker under de kommande åren, och därmed väcka nya frågor om avlägsna galaxer och hur de fungerar.

Noter

[1] Linsgalaxen ser vi som den var då universum bara var 15 procent av dess nuvarande ålder, bara 2,4 miljarder år efter big bang. Det har tagit ljuset mer än två gånger jordens ålder för att nå oss (11,4 miljarder år), med en omväg runt en tung förgrundsgalax som ligger förhållandevis nära vid fyra miljarder ljusår från oss.

[2] Gravitationella linser förutspåddes av Albert Einstein som en del av hans allmänna relativitetsteori. Hans teori förklarar att objekt kan förvränga rymd och tid. Allt ljus som närmar sig denna krökta rumtid kommer följa krökningen som skapats av objektet i fråga. Detta gör att objekt med särskilt stor massa – de största  galaxerna och galaxhopar – kan fungera som kosmiska förstoringsglas. En Einsteinring är en speciell typ av gravitationslins där jorden, förgrundsgalaxen, och den påverkade galaxen i bakgrunden ligger perfekt i linje med varandra, vilket skapar en harmonisk störning i form av en ring av ljus. Detta fenomen illustreras i video A.

[3] Forskarlagen listas nedan.

[4] ALMA:s förmåga att se de finaste detaljerna uppnås när separationen mellan antennerna är som störst, upp till 15 kilometer ifrån varandra. I jämförelse, som man kan se här, har man i tidigare observationer använt en mer kompakt konfiguration med ALMA, där antennerna bara varit omkring 500 meter ifrån varandra, som

[5] I dessa mätningar kan detaljer med vinkelstorlek ner till 0,023 bågsekunder, eller 23 millibågsekunder, skönjas. När Hubbleteleskopet observerade denna galax i kortvågigt infrarött ljus uppnådde det en upplösning på cirka 0,16 bågsekund. Vid kortare våglängder kan dock Hubble uppnå en bättre upplösning, ner till 0,022 bågsekunder i ultraviolett ljus. ALMA:s upplösning kan justeras beroende på vad för observationer man behöver genom att flytta antennerna längre ifrån eller närmare varandra. För de aktuella observationerna använde man den största möjliga separationen mellan antennerna, vilket resulterar i den högst möjliga upplösningen.

[6] Den högupplösta bilden från ALMA ger forskare möjligheten att leta efter de inre delarna av bakgrundsgalaxen, som förväntas dyka upp i mitten av Einsteinringen. Om förgrundsgalaxen har ett supermassivt svart hål i mitten, så lyser den centrala bilden svagare. Utifrån hur pass svagt den centrala bilden lyser kan man uppskatta massan hos det svarta hålet i förgrundsgalaxen.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i åtta forskningsartiklar som snart publiceras. Forskningsteamen listas nedan.

http://arxiv.org/abs/1503.07605
Yoichi Tamura (Tokyos universitet), Masamune Oguri (Tokyos universitet), Daisuke Iono (Japans nationella astronomiska observatorium/SOKENDAI), Bunyo Hatsukade (Japans nationella astronomiska observatorium), Yuichi Matsuda (Japans nationella astronomiska observatorium/SOKENDAI), och Masao Hayashi (Japans nationella astronomiska observatorium).

http://arxiv.org/abs/1503.08720
Simon Dye (University of Nottingham), Christina Furlanetto (University of Nottingham; CAPES Foundation, Brasiliens utbildningsdepartement, Brasilien), Mark Swinbank (Durham University), Catherine Vlahakis (Joint ALMA Observatory, Chile; ESO, Chile), James Nightingale (University of Nottingham), Loretta Dunne (University of Canterbury, Nya Zeeland; Institute for Astronomy [IfA], Royal Observatory Edinburgh), Steve Eales (Cardiff University), Ian Smail (Durham), Ivan Oteo-Gomez (IfA, Edinburgh; ESO, Tyskland), Todd Hunter (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA), Mattia Negrello (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Vicolo Osservatorio, Padova, Italien), Helmut Dannerbauer (Universitat Wien, Österrike), Rob Ivison (IfA, Edinburgh; ESO, Tyskland), Raphael Gavazzi (Université Pierre et Marie Curie, Paris), Asantha Cooray (California Institute of Technology, USA) och Paul van der Werf (Leidenuniversitetet, Nederländerna).

http://arxiv.org/abs/1505.05148
Mark Swinbank (Durham University), Simon Dye (University of Nottingham), James Nightingale (University of Nottingham), Christina Furlanetto (University of Nottingham; CAPES Foundation, Brasiliens utbildningsdepartement, Brasilien), Ian Smail (Durham), Asantha Cooray (California Institute of Technology, USA), Helmut Dannerbauer (Universität Wien, Österrike), Loretta Dunne (University of Canterbury, Nya Zeeland; Institute for Astronomy [IfA], Royal Observatory Edinburgh), Steve Eales (Cardiff University), Raphael Gavazzi (Université Pierre et Marie Curie, Paris), Todd Hunter (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA), Rob Ivison (IfA, Edinburgh; ESO, Tyskland), Mattia Negrello (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Vicolo Osservatorio, Padova, Italien), Ivan Oteo-Gomez (IfA, Edinburgh; ESO, Tyskland), Renske Smit (Durham), Paul van der Werf (Leidenuniversitetet, Nederländerna) och Catherine Vlahakis (Joint ALMA Observatory, Chile; ESO, Chile),

http://arxiv.org/abs/1503.05558
Kenneth C. Wong (Institutet för astronomi och astrofysik, Academia Sinica (ASIAA), Taipei, Taiwan), Sherry H. Suyu (ASIAA, Taiwan) och Satoki Matsushita (ASIAA, Taiwan)

http://arxiv.org/abs/1503.07997
Bunyo Hatsukade (Japans nationella astronomiska observatorium, Tokyo, Japan) Yoichi Tamura (Institutet för astronomi, Tokyos universitet, Tokyo, Japan), Daisuke Iono (Japans nationella astronomiska observatorium; SOKENDAI, Tokyo, Japan), Yuichi Matsuda (Japans nationella astronomiska observatorium), Masao Hayashi (Japans nationella astronomiska observatorium), Masamune Oguri (Forskningscentrum för det unga universum, Tokyos universitet, Tokyo, Japan; Institutionen för fysik, Tokyos universitet, Tokyo, Japan; Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe [Kavli IPMU, WPI], Tokyos universitet, Chiba, Japan)

http://arxiv.org/abs/1503.02652
The ALMA Partnership, C. Vlahakis (Joint ALMA Observatory [JAO]; ESO) , T. R. Hunter (National Radio Astronomy Observatory [NRAO]), J. A. Hodge (NRAO) , L. M. Pérez (NRAO) , P. Andreani (ESO), C. L. Brogan (NRAO) , P. Cox (JAO, ESO) , S. Martin (Institut de Radioastronomie Millimétrique [IRAM]) , M. Zwaan (ESO) , S. Matsushita (Institute of Astronomy and Astrophysic, Taiwan) , W. R. F. Dent (JAO, ESO), C. M. V. Impellizzeri (JAO, NRAO), E. B. Fomalont (JAO, NRAO), Y. Asaki (Japans nationella astronomiska observatorium; Institute of Space and Astronautical Science (ISAS), JAXA) , D. Barkats (JAO, ESO) , R. E. Hills (Astrophysics Group, Cavendish Laboratory), A. Hirota (JAO; Japans nationella astronomiska observatorium), R. Kneissl (JAO, ESO), E. Liuzzo (INAF, Istituto di Radioastronomia), R. Lucas (Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble) , N. Marcelino (INAF), K. Nakanishi (JAO,Japans nationella astronomiska observatorium), N. Phillips (JAO, ESO), A. M. S. Richards (University of Manchester), I. Toledo (JAO), R. Aladro (ESO), D. Broguiere (IRAM), J. R. Cortes (JAO, NRAO), P. C. Cortes (JAO, NRAO), D. Espada (ESO, Japans nationella astronomiska observatorium), F. Galarza (JAO), D. Garcia-Appadoo (JAO, ESO), L. Guzman-Ramirez (ESO), A. S. Hales (JAO, NRAO) , E. M. Humphreys (ESO) , T. Jung (Korea Astronomy and Space Science Institute) , S. Kameno (JAO, Japans nationella astronomiska observatorium) , R. A. Laing (ESO), S. Leon (JAO,ESO) , G. Marconi (JAO, ESO) , A. Mignano (INAF) , B. Nikolic (Astrophysics Group, Cavendish Laboratory), L. A. Nyman (JAO, ESO), M. Radiszcz (JAO), A. Remijan (JAO, NRAO), J. A. Rodón (ESO), T. Sawada (JAO, Japans nationella astronomiska observatorium), S. Takahashi (JAO, Japans nationella astronomiska observatorium), R. P. J. Tilanus (Leiden University), B. Vila Vilaro (JAO, ESO), L. C. Watson (ESO), Tommy Wiklind (JAO, ESO), Y. Ao (National Astronomical Observatory of Japan) , J. Di Francesco (National Research Council Herzberg Astronomy & Astrophysics), B. Hatsukade (Japans nationella astronomiska observatorium), E. Hatziminaoglou (ESO), J. Mangum (NRAO), Y. Matsuda (Japans nationella astronomiska observatorium), E. Van Kampen (ESO), A. Wootten (NRAO), I. De Gregorio-Monsalvo (JAO, ESO), G. Dumas (IRAM), H. Francke (JAO), J. Gallardo (JAO), J. Garcia (JAO), S. Gonzalez (JAO), T. Hill (ESO), D. Iono (Japans nationella astronomiska observatorium), T. Kaminski (ESO), A. Karim (Argelander-Institut für Astronomie), M. Krips (IRAM), Y. Kurono (JAO, Japans nationella astronomiska observatorium) , C. Lonsdale (NRAO), C. Lopez (JAO), F. Morales (JAO), K. Plarre (JAO), L. Videla (JAO), E. Villard (JAO, ESO), J. E. Hibbard (NRAO) och K. Tatematsu (Japans nationella astronomiska observatorium).

http://arxiv.org/abs/1503.02025
M. Rybak (Max-Planck-institutet för astrofysik), J. P. McKean (Nederländernas institut för radioastronomi, Groningens universitet) S. Vegetti (Max-Planck-institutet för astrofysik), P. Andreani (ESO) och  S. D. M. White (Max-Planck-institutet för astrofysik).

http://arxiv.org/abs/1506.01425
M. Rybak (Max-Planck-institutet för astrofysik), S. Vegetti (Max-Planck-institutet för astrofysik), J. P. McKean (Netherlands Institute for Radio Astronomy; Groningens universitet), P. Andreani (ESO) och S. D. M. White (Max-Planck-institutet för astrofysik)

ALMA är en internationell anläggning för astronomi och är ett samarbete mellan ESO, National Science Foundation i USA och Nationella instituten för naturvetenskap (NINS) i Japan i samverkan med Chile. ALMA stöds av ESO åt dess medlemsländer, av NSF i samarbete med Kanadas National Research Council (NRC) och Taiwans Nationella vetenskapsråd (NSC) samt av NINS i samarbete med Academia Sinica (AS) i Taiwan och Koreas Institut för astronomi och rymdforskning (KASI).

Byggandet och drivandet av ALMA leds avv ESO av dess medlemsstater; av National Radio Astronomy Observatory (NRAO), som förvaltas av Associated Universities, Inc. (AUI), på uppdrag av Nordamerika; och av National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) på uppdrag av Östasien. Joint ALMA Observatory (JAO) bidrar med enhetlig ledning och styrning av byggandet, driftsättning och drift av ALMA.

ESO, Europeiska sydobservatoriet, är Europas främsta samarbetsorgan för astronomisk forskning och världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det stöds av 16 länder: Belgien, Brasilien, Danmark, Finland, Frankrike, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop. VISTA arbetar i infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop och VST (VLT Survey Telescope) är det största teleskopet som konstruerats enbart för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO är en huvudpartner i ALMA, världens hittills största astronomiska projekt. Och på Cerro Armazones, nära Paranal, bygger ESO det europeiska extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, E-ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartiklar;

  • http://arxiv.org/abs/1503.07605

  • http://arxiv.org/abs/1503.08720

  • http://arxiv.org/abs/1505.05148

  • http://arxiv.org/abs/1503.05558

  • http://arxiv.org/abs/1503.07997

  • http://arxiv.org/abs/1503.02652

  • http://arxiv.org/abs/1503.02025

Kontakter

Lars Lindberg Christensen
Head of ESO ePOD
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6761
Mobil: +49 173 3872 621
E-post: lars@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1522 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.