Pressmeddelande

Uråldrigt stjärnstoft lär oss mer om de första stjärnorna

Mest avlägsna objektet någonsin som observerats av ALMA

8 mars 2017

Astronomer har med hjälp av ALMA upptäckt stora mängder av glödande stjärnstoft i en galax som vi ser som den var då universum bara var en fjärdedel så gammalt som nu. Galaxen, som är den mest avlägsna galaxen i vilken man kunnat upptäcka stoft och damm, har observerats kort efter att den bildats. Detta är också den mest avlägsna observationen hittills av syre i universum. Forskningsresultaten ger helt nya insikter i hur de första stjärnorna föddes och deras explosiva död.

Ett internationellt forskarlag som leds av Nicolas Laporte, astronom vid University College London, har använt ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) för att observera A2744_YD4, den yngsta och mest avlägsna galax som teleskopet skådat. De överraskades av upptäckten att denna unga galax innehåller stora mängder av interstellärt stoft. Dammpartiklarna antas ha bildats när tidigare generationer av stjärnor dött.

Uppföljningsobservationer med instrumentet X-shooter som sitter på ESO:s Very Large Telescope bekräftade det enorma avståndet till A2744_YD4. Galaxen ser vi som det var då universum var bara 600 miljoner år gammalt, från tiden då de första stjärnor och galaxer höll på att bildas [1].

– A2744_YD4 är inte bara den mest avlägsna galaxen som ALMA hittills observerat. Att så mycket stoft har detekterats pekar på att supernovor har redan förorenat den här galaxen, kommenterar Nicolas Laporte.

Kosmiskt stoft består mest av kisel, kol och aluminium i form av korn som är så små som en miljondel av en centimeter tvärsöver. Grundämnen i dessa korn smids inuti stjärnor och sprids genom kosmos när stjärnorna dör. Detta sker på spektakulärt vis när tunga stjärnor avslutar sina korta liv som supernovaexplosioner. I dagens universum finns det gott om detta stoft, och det är en av de viktigaste byggstenarna för stjärnor, planeter och komplexa molekyler. Men i det unga universum, innan de första stjärngenerationerna dog ut, var det en bristvara.

Observationerna av den dammiga galaxen A2744_YD4 var möjliga tack vare att galaxen ligger bakom den massiva galaxhopen Abell 2744 [2]. Tack vare fenomenet gravitationslinsning fungerar hopen som ett gigantiskt kosmiskt “teleskop”. Den avlägsna A2744_YD4, som ligger långt bakom hopen, förstoras cirka 1,8 gånger, vilket gör det möjligt för forskarna att titta ända bort till det unga universum.

I ALMA:s observationer registrerades också glöden från joniserat syre i A2744_YD4. Detta är den mest avlägsna, och därmed tidigaste, upptäckten hittills av syre i universum. Detta överträffar en annan mätning med ALMA från 2016.

Stoftet som nu uppmätts i det unga universum ger oss ny information om när de första supernovorna exploderade, och därmed tiden då de första, heta stjärnorna fyllde universum med sitt ljus. Att fastställa när denna “kosmiska gryning” inträffade, som är ett av den moderna astronomins viktigaste mål, är något som studier av tidigt interstellärt stoft kan berätta om.

 

Forskarlaget uppskattar att mängden av stoft i A2744_YD4 motsvarar 6 miljoner gånger solens massa. Massan av galaxens alla stjärnor tillsammans uppgår till 2 miljarder gånger solens massa. Forskarlaget kunde även uppskatta stjärnbildningstakten i A2744_YD4 och fann att där skapas motsvarande 20 gånger solens massa per år. Det kan jämföras med bara en solmassa per år i vår galax, Vintergatan [3].

Richard Ellis, astronom vid ESO och University College London, är medförfattare till studien.

– Stjärnbildningstakten är inte ovanlig för en så avlägsen galax, men den har en del att berätta om hur snabbt stoftet i A2744_YD4 skapades. Märkligt nog behövdes bara cirka 200 miljoner år. Galaxen ser vi alltså som den var strax efter att den bildades, förklarar han.

Detta betyder att ALMA ser galaxen som den var ungefär 200 miljoner år efter att den började bilda stjärnor på riktigt. Det är första gången som ALMA sett så långt tillbaka i universums historia, och innebär att teleskopet nu kan hjälpa oss studera tiden då de första stjärnorna och galaxerna tändes. Vår sol, våra planeter och till och med vi själva är produkten – 13 miljarder år senare – av denna första generation av stjärnor. Genom att studera hur de bildades, levde och dog utforskar vi också vårt eget ursprung.

– Med ALMA är möjligheterna väldigt lovande för att utföra djupare och mer omfattande observationer av liknande galaxer såhär tidigt i universums historia, fortsätter Ellis.

– Ytterligare mätningar av detta slag erbjuder oss spännande möjligheter för att spåra den tidiga stjärnbildningen och skapandet av tyngre grundämnen ännu längre bak i universums historia, avslutar Laporte.

 

Noter

[1] Galaxens rödförskjutning (z) på 8,38, motsvarar att vi ser den som den var under återjoniseringens tidsålder.

[2] Abell 2744 är ett massivt objekt som befinner sig 3,5 miljarder ljusår bort (rödförskjutning 0,308) och som man tror är resultatet av en kollision mellan fyra mindre galaxhopar. Den har fått smeknamnet Pandorahopen på grund av de många underliga och annorlunda fenomen som orsakats av den massiva kollisionen, som pågick under cirka 350 miljoner år. Galaxerna utgör blott fem procent av hopens massa, medan mörk materia utgör 75 procent, vilket skapar det massiva gravitationella inflytandet som krävs för att böja och förstora ljuset hos bakgrundsgalaxerna. Man tror att de återstående 20 procenten av den totala massan är i form av varm gas.

[3] Denna takt innebär att den totala mängden av stjärnor som bildades varje år motsvarar 20 gånger solens massa.

 

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i en artikel med titeln “Dust in the Reionization Era: ALMA Observations of a z =8.38 Gravitationally-Lensed Galaxy” av Laporte m. fl. och publiceras i tidsskriften Astrophysical Journal Letters.

Forskarlaget består av N. Laporte (University College London, Storbritannien), R. S. Ellis (University College London, Storbritannien; ESO, Garching, Tyskland), F. Boone (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), Toulouse, Frankrike), F. E. Bauer (Pontificia Universidad Católica de Chile, Instituto de Astrofísica, Santiago, Chile), D. Quénard (Queen Mary University of London, London, Storbritannien), G. Roberts-Borsani (University College London, Storbritannien), R. Pelló (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), Toulouse, Frankrike), I. Pérez-Fournon (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Spain; Universidad de La Laguna, Teneriffa, Spanien), och A. Streblyanska (Instituto de Astrofísica de Canarias, Teneriffa, Spanien; Universidad de La Laguna, Teneriffa, Spanien).

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 driften av ALMA leds av ESO åt 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

• Forskningsartikeln

• Fotos av ALMA

 

Kontakter

Nicolas Laporte
University College London
United Kingdom
Tel: +44 2 035 495 802
Mobil: +44 7452 807 591
E-post: n.laporte@ucl.ac.uk

Richard Ellis
ESO
Garching bei München, Germany
Tel: +44 7885 403334
Mobil: +49 151 629 56829
E-post: rellis@eso.org

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

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1708 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.