Pressmeddelande

Astronomer ser en mycket avlägsen galaxhop bildas i det tidiga universum

29 mars 2023, Skurup

Med hjälp av Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), där ESO är en partner, har astronomer upptäckt en stor reservoar av het gas i galaxhopen kring Spindelvävsgalaxen – den mest avlägsna upptäckten hittills av het gas av detta slag. Galaxhopar tillhör de största kända objekten i universum och detta resultat, som publiceras i dag i Nature, avslöjar hur tidigt dessa strukturer började bildas.

Galaxhopar innehåller som namnet antyder en stor mängd galaxer –  ibland tusentals. De innehåller också stora mängder gas mellan galaxerna i hopen som på engelska benämns intracluster medium (ICM). Massan av denna gas kan vara avsevärt större än den för galaxerna själva. Mycket av galaxhoparnas fysik har man god kunskap om, men observationer av de tidigaste faserna av ICM:s bildande är fortfarande få.

 

Tidigare hade ICM endast kunnat studerats i mogna och närliggande galaxhopar. Att upptäcka ICM i avlägsna protohopar –  galaxhopar som fortfarande bildas – skulle göra det möjligt för astronomer att undersöka sådana hopar i ett tidigt utvecklingsstadium. Ett forskarlag under ledning av Luca Di Mascolo, förstaförfattare till studien och forskare vid universitetet i Trieste, Italien, var därför angeläget att studera ICM i en protohop när universum var ungt.

 

Galaxhopar är så massiva att de kan sammanföra gas som värms upp när den faller mot hopen. "Kosmologiska simuleringar har förutspått närvaron av het gas i protohopar i över ett decennium, men observationer som bekräftar detta har saknats" förklarar Elena Rasia, forskare vid det italienska nationella institutet för astrofysik (INAF) i Trieste, Italien, och medförfattare till studien. "För att nå detta viktiga mål valde vi noggrant ut en av de mest lovande kandidatprotohoparna." 

 

Den protohop som valdes omfattade Spindelvävsgalaxen, som vi observerar vid en epok när universum var endast 3 miljarder år gammalt. Trots att det är den mest intensivt studerade protohopen har det varit svårt att detektera dess ICM. En stor reservoar av het gas i protohopen skulle tyda på att systemet är på väg att bilda en långvarigt stabil galaxhop snarare än att vara på väg att skingras.

 

Di Mascolos team upptäckte ICM i Spindelätsgalaxens protohop genom den så kallade termiska Sunyaev-Zeldovicheffekten (SZ-effekten). Denna uppstår när ljus från den kosmiska mikrovågsbakgrunden –  ursprunglig strålning från Big Bang – passerar genom ICM. När detta ljus samverkar med de snabbt rörliga elektronerna i den heta gasen upptar det en liten mängd energi som får dess färg, eller våglängd, att förändras något. "Vid rätt våglängder kan SZ-effekten liknas vid en skuggeffekt av galaxhopen på den kosmiska mikrovågsbakgrunden", förklarar Di Mascolo.

 

Genom att mäta denna skugga mot den kosmiska mikrovågsbakgrunden kan astronomerna detektera den heta gasen, uppskatta dess massa och kartlägga dess utbredning. "Tack vare sin oöverträffade upplösning och känslighet är ALMA den enda anläggningen som för närvarande kan utföra en sådan mätning hos avlägsna embryon till massiva hopar", säger Di Mascolo.

 

Forskarna fann att Spindelvävsprotohopen innehåller en stor reservoar av het gas vid en temperatur av några tiotals miljoner grader Celsius. Tidigare hade kall gas upptäckts i samma protohop, men massan av den heta gas som identifierades i denna nya studie har tusentals gånger större massa. Detta fynd visar att Spindelsnätsprotohopen sannolikt kommer att bilda  en massiv galaxhop om cirka 10 miljarder år och under denna process öka sin massa tiofaldigt

 

Tony Mroczkowski, medförfattare till artikeln och forskare vid ESO, förklarar att "detta system uppvisar enorma kontraster. Den varma termiska komponenten kommer att förgöra en stor del av den kalla komponenten när systemet utvecklas, och vi bevittnar därför nu en känslig övergångsfas." Han drar slutsatsen att "detta bekräftar observationellt de teoretiska förutsägelserna om hur de största gravitationsbundna objekten i Universum bildas."

 

Dessa resultat bidrar till att lägga grunden för synergier mellan ALMA och ESO:s kommande Extremely Large Telescope (ELT), som "kommer att revolutionera studiet av strukturer som Spindelvävshopen", säger Mario Nonino, medförfattare till studien och forskare vid det astronomiska observatoriet i Trieste. ELT och dess toppmoderna instrument, som HARMONI och MICADO, kommer att kunna studera protohopar och de ingående galaxerna i detalj. Tillsammans med ALMA:s förmåga att detektera ICM i ett tidigt utvecklingsstadium kommer detta att ge en mycket viktig inblick i bildningen av några av det tidiga universats största strukturer.

Mer information

Forskningsresultaten presenteras i artikeln “Forming intracluster gas in a galaxy protocluster at a redshift of 2.16” i tidskriften Nature (doi: 10.1038/s41586-023-05761-x).

 

Forskarlaget utgörs av Luca Di Mascolo (Astronomy Unit, University of Trieste, Italien [UT]; INAF – Osservatorio Astrofisico di Trieste, Italien [INAF Trieste]; IFPU – Institute for Fundamental Physics of the Universe, Italien [IFPU]), Alexandro Saro (UT; INAF Trieste; IFPU; INFN – Sezione di Trieste, Italien [INFN]), Tony Mroczkowski (European Southern Observatory, Tyskland [ESO]), Stefano Borgani (UT; INAF Trieste; IFPU; INFN), Eugene Churazov (Max-Planck-Institute für Astrophysik, Tyskland; Space Research Institute, Ryssland), Elena Rasia (INAF Trieste; IFPU), Paolo Tozzi (INAF – Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Italien), Helmut Dannerbauer (Instituto de Astrofísica de Canarias, Spanien; Universidad de La Laguna, Spanien), Kaustuv Basu (Argel ander Institute for Astronomy, University of Bonn,Tyskland), Christopher L. Carilli (National Radio Astronomy Observatory, USA), Michele Ginolfi (ESO; Dipartimento di Fisica e Astronomia, University of Florence, Italien), George Miley (Leiden Observatory, Leiden University, Nederländerna), Mario Nonino (UT), Maurilio Pannella (UT; INAF Trieste; IFPU), Laura Pentericci (INAF – Osservatorio Astronomico di Roma, Italien) och Francesca Rizzo (Cosmic Dawn Center, Danmark; Niels Bohr Institute, Danmark)

 

Europeiska sydobservatoriet (ESO) möjliggör för astronomer världen över att utforska universums mysterier. Vi designar, konstruerar och driver markbaserade observatorier av yppersta världsklass – som astronomer använder för att besvara spännande och utmanande frågor och för att sprida astronomisk kunskap – och driver internationella samarbeten inom astronomin. ESO startade som en mellanstatlig organisation 1962 och har i dag 16 medlemsländer (Belgien, Danmark, Finland, Frankrike, Irland, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike), tillsammans med Chile som värdland och Australien som en strategisk partner. ESO:s högkvarter och besökscenter med planetarium, ESO Supernova, ligger nära München i Tyskland, medan teleskopen är placerade i Atacamaöknen i Chile, en unik plats för astronomiska observationer. ESO driver tre observatorier i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope och Very Large Telescope Interferometer, liksom kartläggningsteleskop som VISTA. Vid Paranal kommer även ESO att placera och driva Cherenkov Telescope Array South, världens största och känsligaste gammastrålningsteleskop. Tillsammans med internationella partners driver ESO de två anläggningarna APEX och ALMA på Chajnantorplatån som observerar himlen i millimeter- och submillimetervåglängder. Vid Cerro Armazones, nära Paranal, bygger vi för närvarande ESO:s Extremely Large Telescope, ”världens största öga mot himlen”. Från kontoret i Santiago, Chile, stödjer vi verksamheten i landet och samverkar med det chilenska samhället och våra samarbetspartners.

 

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) är en internationell astronomisk anläggning som drivs i partnerskap mellan ESO, National Science Foundation (NSF, USA) och National Institutes of Natural Sciences (NINS, Japan), tillsammans med Chile. ALMA finansieras av ESO genom dess medlemsstater, av NSF i samarbete med National Research Council of Canada (NRC) och National Science and Technology Council (NSTC) i Taiwan, och av NINS i samarbete med Academia Sinica (AS) i Taiwan och Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Konstruktionen och driften av ALMA leds av ESO för dess medlemsstater, av National Radio Astronomy Observatory (NRAO) genom Associated Universities, Inc. (AUI) för Nordamerika, och av National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) för Östasien. Joint ALMA Observatory (JAO) står för övergripande ledning och organisation under konstruktionen, driftsättningen och driften av ALMA.

Länkar

• Forskningsartikel
• Foton på ALMA
• Läs mer om ESO:s Extremely Large Telescope
• För journalister: Prenumerera på pressmeddelanden under embargo på svenska
• För astronomer: Berätta om din forskning!

 

Kontakter

Luca Di Mascolo
University of Trieste
Trieste, Italy
E-post: luca.dimascolo@units.it

Tony Mroczkowski
European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6174
E-post: tony.mroczkowski@eso.org

Alexandro Saro
University of Trieste
Trieste, Italy
E-post: asaro@units.it

Juan Carlos Muñoz Mateos
ESO Media Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6176
E-post: press@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 eso2304 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.