Pressmeddelande

ALMA siktar universums mest avlägsna syre hittills

16 juni 2016

En grupp av astronomer har använt Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) för att observera ljuset från syre i en avlägsen galax som är så långt bort att vi ser den som den var bara 700 miljoner år efter big bang. Detta är den mest avlägsna galaxen hittills där man entydigt upptäckt syre, som joniserats, troligen av kraftfull strålning från unga jättestjärnor. Galaxen kan vara ett exempel av källorna som ligger bakom ett avgörande skede tidigt i universums historia, den kosmiska återjoniseringen.

Astronomer från Japan, Sverige, Storbritannien och ESO har använt Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) för att observera en av de mest avlägsna bland kända galaxer. Galaxen SXDF-NB1006-2 ligger så långt bort att vi ser den som den var bara 700 miljoner år efter Stora smällen – vilket motsvarar en rödförskjutning på 7,2.

Forskarlaget ville lära sig mer om de tunga grundämnena [1] som finns i galaxen, eftersom de kan berätta mer om hur fort nya stjärnor bildas i galaxer, och därav ge oss ledtrådar om tiden i universums historia som kallas återjoniseringens tidsålder.

Akio Inoue vid Osaka Sangyo-universitetet, Japan, är förstaförfattare till forskningsartikeln, som publiceras i tidskriften Science.

– Att söka efter tunga grundämnen i det unga universum är ett viktig tillvägagångssätt om man vill utforska stjärnbildningsaktiviteten under denna period. Att studera de tunga grundämnena ger oss en fingervisning för att förstå hur galaxer bildades och vad som orsakade den kosmiska återjoniseringen, säger han.

Innan tiden då de första himlakropparna bildades var universum fyllt med elektriskt neutral gas. Men när de första objekten började lysa, ett par hundra miljoner år efter big bang, alstrade de kraftfull strålning som började slita isär de neutrala atomerna – de kunde alltså jonisera gasen. Under denna fas – även känd som den kosmiska återjoniseringen – förändrades universum drastiskt. Men det pågår mycket debatt om just vilka slags objekt som låg bakom återjoniseringen. Att studera förhållanden i väldigt avlägsna galaxer kan hjälpa oss besvara denna frågan.

Innan de observerade den avlägsna galaxen utförde forskarna datorsimuleringar för att förutsäga hur lätt det skulle bli att se tecken av joniserat syre med ALMA. De tog även med i beräkning observationer av liknande galaxer som ligger mycket närmare jorden, och drog slutsatsen att emissionen från syret bör kunna upptäckas även vid mycket stora avstånd [2].

Sedan genomförde de högkänsliga observationer med ALMA [3] och upptäckte ljuset från joniserat syre i SXDF-NB1006-2, vilket gör detta till den hittills mest avlägsna entydiga observationen av syre i kosmos [4]. Det är ett starkt bevis för syre i det tidiga universum, bara 700 miljoner år efter Stora smällen.

Man upptäckte att mängden syre i SXDF-NB1006-2 är tio gånger mindre än hos solen.

– Den lilla mängden av syre är förväntad eftersom universum fortfarande var ungt och hade bara haft en kort historia av stjärnbildning. Vår simulering förutspådde faktiskt att det finns tio gånger mindre syre jämfört med i solen. Men vi har andra, oväntade, resultat: en väldigt liten mängd av stoft, tillägger Naoki Yoshida vid Tokyos universitet.

Forskarlaget kunde inte upptäcka någon emission av kol från galaxen, vilket tyder på att denna unga galax innehåller väldigt lite vätgas som inte redan är joniserad. Dessutom upptäckte de att galaxen innehåller bara små mängder av stoft, vilket utgörs av just tyngre grundämnen.

– Det kan vara så att något ovanligt pågår i denna galaxen. Jag misstänker att nästan all gas är högt joniserad, säger Inoue.

Upptäckten av joniserat syre pekar på att många väldigt ljusstarka stjärnor, flera tiotals gånger mer massiva än solen, har bildats i galaxen. Det är dessa stjärnor som sänder ut det intensiva ultravioletta ljus som behövs för att jonisera syreatomerna.

Bristen på stoft och damm i galaxen gör det möjligt för det intensiva ultravioletta ljuset att ta sig ut från galaxen och jonisera stora mängder gas utanför galaxen.

– SXDF-NB1006-2 kan vara en prototyp av de ljuskällor som ligger bakom den kosmiska återjoniseringen, säger Inoue.

Noter

[1] Inom astronomin kallar man alla kemiska grundämnen som är tyngre än litium tyngre grundämnen.

[2] Den japanska satelliten för astronomi i infrarött ljus AKARI har upptäckt att syreemissionen är väldigt ljus i det Stora magellanska molnet, där förhållandena påminner om de som rådde i det tidiga universum.

[3] Den ursprungliga våglängden hos ljuset från dubbelt joniserat syre är 0,088 millimeter. Våglängden hos ljuset från SXDF-NB1006-2 sträcks ut till 0,725 millimeter på grund av universums expansion, vilket gör att ALMA kan observera ljuset.

[4] Ett tidigare arbete av Finkelstein m. fl. tyder på att syre fanns något tidigare i universums historia, men i det arbetet saknades en direkt detektion av emissionslinjen, vilket man gjort i den aktuella studien.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i en artikel med titeln “Detection of an oxygen emission line from a high redshift galaxy in the reionization epoch” av Inoue m. fl. som publiceras i tidsskriften Science.

Forskarlaget består av Akio Inoue (Osaka Sangyo-universitetet, Japan), Yoichi Tamura (Tokyos universitet, Japan), Hiroshi Matsuo (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Japan), Ken Mawatari (Osaka Sangyo-universitetet, Japan), Ikkoh Shimizu (Osaka universitet, Japan), Takatoshi Shibuya (Tokyos universitet, Japan), Kazuaki Ota (Cambridges universitet, United Kingdom), Naoki Yoshida (Tokyos universitet, Japan), Erik Zackrisson (Uppsala universitet, Sverige), Nobunari Kashikawa (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Japan), Kotaro Kohno (Tokyos universitet, Japan), Hideki Umehata (ESO, Garching, Tyskland; Tokyos universitet, Japan), Bunyo Hatsukade (NAOJ, Japan), Masanori Iye (NAOJ, Japan), Yuichi Matsuda (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Japan), Takashi Okamoto (Hokkaidos universitet, Japan) och Yuki Yamaguchi (Tokyos universitet, Japan).

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

• Forskningsartikeln

• Bilder på ALMA

• Pressmeddelande på svenska från Uppsala universitet

Kontakter

Akio Inoue
Osaka Sangyo University
Osaka, Japan
E-post: akinoue@las.osaka-sandai.ac.jp

Masaaki Hiramatsu
NAOJ Chile Observatory EPO officer
Tel: +81 422 34 3630
E-post: hiramatsu.masaaki@nao.ac.jp

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-post: rhook@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