Pressmeddelande

ALMA och VLT hittar för många massiva stjärnor i starburstgalaxer, både när och fjärran

4 juni 2018

Astronomer har med hjälp av teleskopen ALMA och VLT upptäckt att stjärnfabriker i både det unga universum och i en närliggande galax innehåller en mycket högre andel av massiva stjärnor än vad man hittar i lugnare galaxer. Dessa fynd utmanar dagens teorier om hur galaxer utvecklas och förändrar vår förståelse för hur stjärnor – och grundämnen – har skapats under universums historia.

Ett forskarlag som leds av astronomen Zhi-Yu Zhang vid University of Edinburgh har med hjälp av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) undersökt andelen massiva stjärnor i fyra avlägsna gasrika starburstgalaxer [1]. Dessa galaxer ser vi som de var då universum var mycket yngre än det är idag. Dessa mycket unga galaxerna har troligen inte genomgått många tidigare omgångar av stjärnbildning, något som hade gjort mätningarna svåra att tolka.

Zhang och hans forskarlag har utvecklat en ny metod som påminner om kol-14-metoden. Med hjälp av denna metod har de mätt upp mängderna av olika typer av kolmonoxid hos fyra väldigt avlägsna, dammhöljda starburstgalaxer [2]. De observerade förhållandet mellan två typer av kolmonoxid som innehåller olika isotoper [3].

– Isotoper av kol och syre har olika ursprung. ¹⁸O produceras mer i massiva stjärnor och ¹³C mer i stjärnor med mindre massa, förklarar Zhang.

Tack vare denna nya metod kunde forskarlaget skåda igenom stoftet omkring dessa galaxer och för första gången bedöma stjärnornas massor.

En stjärnas massa är den viktigaste faktorn för att bestämma hur den utvecklas. Tunga stjärnor lyser starkt men lever korta liv, medan de mindre massiva stjärnor, som till exempel solen, lyser mer blygsamt under flera miljarder år. Genom att uppskatta andelen stjärnor med olika massor som bildas i galaxer kan astronomer skaffa insikt i hur galaxer bildas och utvecklas genom universums historia. Följdaktligen ger detta oss viktiga insikter om de kemiska grundämnen som finns tillgängliga för att bilda nya stjärnor och planeter. Det ger även kunskap om de svarta hålen som blir fröna till de supermassiva svarta hål som vi ser i mitten av många galaxer.

Donatella Romano, astronom vid INAF:s observatorium för astrofysik och rymdforskning i Bologna, är medförfattare till forskningsartikeln.

– Kvoten mellan ¹⁸O och ¹³C är cirka tio gånger högre i dessa starburstgalaxer i det unga universum än i andra galaxer som till exempel Vintergatan, vilket betyder att det finns en högre andel av massiva stjärnor inuti dessa starburstgalaxer, förklarar hon.

ALMA-resultatet stämmer väl överens med en annan upptäckt i det unga universum. Ett forskarlag lett av Fabian Schneider vid University of Oxford, Storbritannien, genomförde spektroskopiska observationer med ESO:s Very Large Telescope. Man studerade 800 stjärnor i den jättelika stjärnfabriken 30 Doradus i Stora magellanska molnet för att undersöka den totala fördelningen av stjärnåldrar och initiala massor [4].

– Jämfört med vad vi förväntat oss fann vi 30% mer stjärnor med en massa mer än 30 gånger solens och 70% mer stjärnor med mer än 60 gånger solens massa. Våra resultat utmanar den tidigare förutspådda maxgränsen på 150 solmassor för stjärnors ursprungliga massa och till och med tyder på att stjärnor kan ha en massa på upp till 300 solmassor, förklarar han.

Rob Ivison är också medförfattare till den nya ALMA-artikeln.

– Våra resultat leder oss till att ifrågasätta hur väl vi förstår vår kosmiska historia. Astronomer som bygger modeller av universum måste nu gå tillbaka till ritbordet och finna nya, än mer sofistikerade lösningar, avslutar han.

 

 

Noter

[1] Starburstgalaxer är galaxer som genomgår perioder av väldigt intensiv stjärnbildning. Den takt som de bildar nya stjärnor på kan vara mer än 100 gånger den takt som vi ser i Vintergatan. Massiva stjärnor i dessa galaxer producerar joniserande strålning, stjärnutflöden och supernovaexplosioner. Alla dessa påverkar avsevärt den dynamiska och kemiska utvecklingen av materialet omkring dem. Genom att studera massfördelningen bland stjärnorna i dessa galaxer kan vi lära oss mer om deras utveckling och även mer generellt om universums utveckling.

[2] Radiometriska dateringsmetoder används för att bestämma åldern hos ett objekt som innehåller organiskt material. Genom att mäta mängden ¹⁴C, som är en radioaktiv isotop vars mängd konstant minskar, kan man beräkna när ett djur eller växt dog. De isotoper som används i ALMA-studien, ¹³C och ¹⁸O, är stabila och mängderna av dessa isotoper ökar kontinuerligt under en galax livstid eftersom det bildas i den termiska fusionsreaktionen inuti stjärnor.

[3] En molekyls olika former kallas för isotopologer och de skiljer sig i antalet neutron de har i sin kärna. De molekyler av kolmonoxid som man tittade på i denna studie är exempel på en sådana molekyler. En stabil kolisotop kan ha antingen 12 eller 13 nukleoner i sin kärna och en stabil syreisotop kan ha antingen 16, 17 eller 18 nukleoner.

[4] Schneider m. fl. har genomfört spektroskopiska observationer av individuella stjärnor i 30 Doradus, ett stjärnbildande område i den närliggande galaxen Stora magellanska molnet med hjälp av instrumentet FLAMES (Fibre Large Array Multi Element Spectrograph) på Very Large Telescope (VLT). Denna studie var en av de första som genomförts med tillräckligt med detalj för att visa att universum kan producera stjärnbildande områden med olika massfördelningar än i Vintergatan.

Mer information

ALMA-resultaten har publicerats i en forskningsartikel med titel “Stellar populations dominated by massive stars in dusty starburst galaxies across cosmic time” i tidskriften Nature den 4 juni 2018. VLT-resultaten publicerades i en forskningsartikel med titel “An excess of massive stars in the local 30 Doradus starburst” i tidskriften Science den 5 januari 2018.

Forskarlaget som använde ALMA består av Z. Zhang (Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Storbritannien; ESO, Garching bei München, Tyskland), D. Romano (INAF:s observatorium för astrofysik och rymdforskning, Bologna, Italien), R. J. Ivison (ESO, Garching bei München, Tyskland; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, Storbritannien), P .P. Papadopoulos  (Institutionen för fysik, Aristotelesuniversitetet i Thessaloniki, Thessaloniki, Grekland; Research Center for Astronomy, Atens akademi, Aten, Grekland) och F. Matteucci (Triestes universitet; INAF, Osservatorio Astronomico di Trieste; INFN, Sezione di Trieste, Trieste, Italien).

Forskarlaget bakom resultaten från VLT består av F. R. N. Schneider (Department of Physics, University of Oxford, Storbritannien), H. Sana (Institutet för astrofysik, KU Leuven, Belgien), C. J. Evans (UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, Edinburgh, Storbritannien), J. M. Bestenlehner (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Tyskland; Department of Physics and Astronomy, University of Sheffield, Storbritannien), N. Castro (Department of Astronomy, University of Michigan, USA), L. Fossati (Österreichische Akademie der Wissenschaften, Institut für Weltraumforschung, Graz, Österrike), G. Gräfener (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Tyskland), N. Langer (Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Tyskland), O. H. Ramírez-Agudelo (UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, Edinburgh, Storbritannien), C. Sabín-Sanjulián (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de La Serena, Chile), S. Simón-Díaz (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Spanien; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Spanien), F. Tramper (European Space Astronomy Centre, Madrid, Spanien), P. A. Crowther (Department of Physics and Astronomy, University of Sheffield, Storbritannien), A. de Koter (Astronomical Institute Anton Pannekoek, Universiteit van Amsterdam, Nederländerna; Institutet för astrofysik, KU Leuven, Belgien), S. E. de Mink (Astronomical Institute Anton Pannekoek, Universiteit van Amsterdam, Nederländerna), P. L. Dufton (Astrophysics Research Centre, School of Mathematics and Physics, Queen’s University Belfast, Northern Ireland, Storbritannien), M. Garcia (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, Spanien), M. Gieles (Department of Physics, Faculty of Engineering and Physical Sciences, University of Surrey, Storbritannien), V. Hénault-Brunet (National Research Council, Herzberg Astronomy and Astrophysics, Kanada; Department of Astrophysics/Institute for Mathematics, Astrophysics and Particle Physics, Radboud University, Nederländerna), A. Herrero (Departamento de Física y Astronomía, Universidad de La Serena, Chile), S. Simón-Díaz (Instituto de Astrofísica de Canarias, Tenerife, Spanien; Departamento de Astrofísica, Universidad de La Laguna, Tenerife, Spanien), R. G. Izzard (Department of Physics, Faculty of Engineering and Physical Sciences, University of Surrey, Storbritannien; Institute of Astronomy, The Observatories, Cambridge, Storbritannien), V. Kalari (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Santiago, Chile), D. J. Lennon (European Space Astronomy Centre, Madrid, Spanien), J. Maíz Apellániz (Centro de Astrobiología, CSIC–INTA, European Space Astronomy Centre campus, Villanueva de la Cañada, Spanien), N. Markova (Institute of Astronomy with National Astronomical Observatory, Bulgarian Academy of Sciences, Smolyan, Bulgarien), F. Najarro (Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Madrid, Spanien), Ph. Podsiadlowski (Department of Physics, University of Oxford, Storbritannien; Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn, Tyskland), J. Puls (Ludwig-Maximilians-Universität München, Tyskland), W. D. Taylor (UK Astronomy Technology Centre, Royal Observatory Edinburgh, Edinburgh, Storbritannien), J. Th. van Loon (Lennard-Jones Laboratories, Keele University, Staffordshire, Storbritannien), J. S. Vink (Armagh Observatory, Northern Ireland, Storbritannien) och C. Norman (Johns Hopkins University, Baltimore, USA; Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA).

ESO är Europas främsta mellanstatliga samarbetsorgan för astronomisk forskning och med råge världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det har 15 medlemsländer: Belgien, 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 extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartikeln av Zhang m. fl.

• Forskningsartikeln av Schneider m. fl.

• Bilder på ALMA

• Bilder på VLT

Kontakter

Zhi-Yu Zhang
University of Edinburgh and ESO
Garching bei München, Germany
Tel: +49-89-3200-6910
E-post: zzhang@eso.org

Fabian Schneider
Department of Physics — University of Oxford
Oxford, United Kingdom
Tel: +44-1865-283697
E-post: fabian.schneider@physics.ox.ac.uk

Rob Ivison
ESO
Garching bei München, Germany
Tel: +49-89-3200-6669
E-post: rob.ivison@eso.org

Mariya Lyubenova
ESO Outreach Astronomer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6188
E-post: mlyubeno@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 eso1817 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.