ALMA endurskrifar fæðingarsögu stjarna í alheiminum
Fjarlægustu mælingar á vatni hingað til í metfjölda athugana á fjarlægum vetrarbrautum
Sævar Helgi Bragason
13. mar. 2013
Fréttir
Nýjar mælingar ALMA hafa leitt í ljós að öflugustu hrinur stjörnumyndunar í alheiminum urðu mun fyrr en áður var talið
Mælingar Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hafa leitt í ljós að öflugustu hrinur stjörnumyndunar í alheiminum urðu mun fyrr en áður var talið. Þessar niðurstöður birtast í nokkrum greinum í tímaritunum Nature þann 14. mars 2013 og Astrophysical Journal. Rannsóknin er nýjasta dæmið um uppgötvanir ALMA, nýrrar alþjóðlegrar stjörnustöðvar, sem var formlega tekin í notkun í dag.
Talið er að í árdaga alheimsins hafi mestu hrinur stjörnumyndunar orðið í massamiklum og björtum vetrarbrautum. Þessar hrinuvetrarbrautir umbreyta miklu magni gass og ryks í nýjar stjörnur með miklu offorsi — mörg hundruð sinnum hraðar en í rólegum þyrilvetrarbrautum eins og þeirri sem við búum í. Stjörnufræðingar geta rannsakað þetta annasama tímabil í æsku alheimsins með því að skyggnast langt út í geiminn og skoða vetrarbrautir sem eru svo fjarlægar, að ljós þeirra hefur verið marga milljarða ára að berast til okkar.
„Því fjarlægari sem vetrarbraut er, því lengra aftur í tímann horfum við. Með því að mæla fjarlægðina til þeirra, getum við sett upp tímaás sem sýnir hve ört nýjar stjörnur urðu til í alheiminum á mismunandi stigum í 13,7 milljarða ára sögu hans,“ sagði Joaquin Vieira (California Institute of Technology í Bandaríkjunum), forystumaður hópsins og aðalhöfundur greinarinnar í Nature.
Alþjóðlegur hópur vísindamann fann fyrst þessar fjarlægu og dularfullu vetrarbrautir með hinum 10 metra breiða Suðurpólssjónauka (SPT) sem bandaríska vísindaráðið rekur, og notaði síðan ALMA til þysja inn að þeim og kanna fæðingartíðni stjarna snemma í sögu alheimsins. Þeim kom á óvart að margar þessara fjarlægu, rykugu hrinuvetrarbrauta eru enn fjarlægari en búist var við. Það þýðir að í þeim varð stjörnumyndunarhrina fyrir um 12 milljörðum ára að meðaltali, þegar alheimurinn var rétt innan við 2 milljarða ára gamall — milljarði ára fyrr en áður var talið.
Tvær þessara vetrarbrauta eru þær fjarlægustu sinnar tegundar sem fundist hafa — svo fjarlægar að ljósið frá þeim hóf ferðalag sitt þegar alheimurinn var aðeins eins milljarða ára. Og það sem meira er, í einni vetrarbrautinni fundustu vatnssameindir. Aldrei áður hefur vatn fundist í svo mikilli fjarlægð í alheiminum.
Stjörnufræðingarnir nýttu sér einstök greinigæði ALMA til að safna ljósi frá 26 vetrarbrautum með í kringum þriggja millímetra bylgjulengd. Ljós með þessa einkennisbylgjulengd kemur frá gassameindum í vetrarbrautunum, en vegna útþenslu alheimsins yfir þá milljarða ára sem það tekur ljósið að berast okkur, hefur teygst á bylgjulengdunum. Með því að mæla hversu mikið tognað hefur á ljósinu geta stjörnufræðingar reiknað út í hve langan tíma ljósið hefur ferðast og þannig staðsett hverja vetrarbraut á réttum tímapunkti í sögu alheimsins.
„Næmni ALMA og vítt tíðinisvið hefur það í för með sér að við gátum gert mælingar á hverri vetrarbraut á örfáum mínútum — hundrað sinnum hraðar en áður,“ sagði Axel Weiss (Max-Planck-Institut für Radioastronomie í Bonn í Þýskalandi) sem hafði umsjón með mælingum á fjarlægðinni til vetrarbrautanna. „Áður hefðu mælingar á borð við þessar kostað mikla vinnu við að sameina gögn í sýnilegu ljósi og frá útvarpssjónaukum.“
Í flestum tilvikum var hægt að mæla fjarlægðirnar með gögnum ALMA einum og sér en í nokkrum tilvikum nýtti hópurinn gögnin frá ALMA með mælingum annarra sjónauka, þar á meðal Atacama Pathfinder Experiment (APEX) og Very Large Telescope ESO [1].
ALMA var enn í smíðum í 5.000 metra hæð yfir sjávarmáli á Chajnantor hásléttunni í Andesfjöllum Chile þegar mælingarnar voru gerðar og notuðu stjörnufræðingarnir því aðeins 16 loftnet af þeim 66 sem röðin samanstendur af fullkláruð. Þegar smíði ALMA er lokið verður röðin enn næmari og fær um að geta greint enn fjarlægari vetrarbrautir. Í þetta sinn beindu stjörnufræðingarnir athygli sinni að bjartari vetrarbrautunum. Þau fengu líka hjálp frá náttúrunni á formi þyngdarlinsa, áhrifa sem almenna afstæðiskenning Einsteins spáir fyrir um, en í því tilviki verkar þyngdarkraftur vetrarbrautar í forgrunni eins og náttúruleg linsa sem magnar upp ljós frá fjarlægara fyrirbæri.
Til að skilja nákvæmlega hversu mikið þyngdarlinsan magnar birtu vetrarbrautarinnar, gerðu stjörnufræðingarnir fleiri mælingar á þeim með ALMA á ljósi í kringum 0,9 millímetra bylgjulengd.
„Þessar fallegu myndir frá ALMA sýna hvernig bakgrunnsvetrarbrautirnar mynda ljósboga, svokallaða Einstein hringi, í kringum vetrarbrautirnar í forgrunni,“ sagði Yashar Hezaveh (McGill University í Montreal í Kanada) sem hafði umsjón með þyngdarlinsumælingunum. „Við notum huldefnið í vetrarbrautum sem eru hálfa leið út að endirmörkum hins sýnilega alheims, sem geimsjónauka til að gera enn fjarlægari vetrarbrautir stærri og bjartari.“
Greining á þyngdarlinsunni sýndu, að birta fjarlægu hrinuvetrarbrautanna jafnast á við 40 trilljónir (40 milljón milljón) sóla og að linsuhrifin magna hana upp 22-falt.
„Áður höfðu aðeins örfáar linsuvetrarbrautir fundist á hálfsmillímetra bylgjulengdum en nú hafa SPT og ALMA fundið nokkra tugi,“sagði Carlos De Breuck (ESO), meðlimur í rannsóknahópnum. „Áður var þessi tegund rannsókna að mestu gerð í sýnilegu ljósi með Hubble geimsjónaukanum en niðurstöður okkar sýna, að ALMA er öflugt tæki á þessu sviði.“
„Þetta er fyrirtaks dæmi um samvinnu stjörnufræðinga frá öllum heimshornum sem gera merkar uppgötvanir með fyrsta flokks tækjum,“ sagði Daniel Marrone (University of Arizona í Bandaríkjunum), meðlimur í hópnum. „Þetta er aðeins byrjunin hjá ALMA og á rannsóknum á þessum hrinuvetrarbrautum. Næsta skref okkar er að rannsaka fyrirbærin í meiri smáatriðum og finna út hversu mikið og hvers vegna þær mynda stjörnur með jafn miklum látum og raun ber vitni.“
Skýringar
[1] Viðbótarmælingar voru gerðar með APEX, VLT, Australian Telescope Compact Array (ATCA) og Submillimeter Array (SMA).
Frekari upplýsingar
Sagt er frá þessari rannsókn í greininni „Dusty starburst galaxies in the early Universe as revealed by gravitational lensing,“ eftir J. Vieira o.fl., sem birtist í tímaritinu Nature. Greint er frá mælingum á fjarlægðinni til vetrarbrautanna í greininni „ALMA redshifts of millimeter-selected galaxies from the STP survey: The redshift distribution of dusty star-forming galaxies,“ eftir A. Weiss o.fl., íAstrophysical Journal. Fjallað er um rannsóknina á þyngdarlinsuhrifunum í greininni „ALMA observations of strongly lensed dusty star-forming galaxies,“ eftir Y. Hezaveh o.fl., sem einnig birtist í Astrophysical Journal.
ALMA er samstarfsverkefni Evrópu, Norður Ameríku og Austur Asíu í samvinnu við Chile. Í Evrópu er verkefnið fjármagnað af ESO, í Norður Ameríku af National Science Foundation (NSF) í samstarfi við National Research Council of Canada (NRC) og National Science Council of Taiwan (NSC) og í Austur Asíu af National Insitutes of Natural Sciences (NINS) í Japan í samstarfi við Academia Sinica (AS) í Taívan. ESO sér um smíði og rekstur ALMA fyrir hönd Evrópu en National Radio Astronomy Observatory (NRAO), sem lýtur stjórn Associated Universities, Inc. (AUI), fyrir hönd Norður Ameríku og National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) fyrir hönd austur Asíu. Samþætt stjórnun á smíði, prófun og rekstri ALMA er í umsjá Joint ALMA Observatory (JAO).
ESO er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og lang öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 15 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. ESO heldur úti metnaðarfullum verkefnum sem miða að hönnun, smíði og starfsemi öflugra stjörnustöðva á jörðinni sem gera stjörnufræðingum kleift að gera mikilvægar uppgötvanir. ESO leikur líka lykilhlutverk í að efla og skipuleggja samstarf í stjarnvísindarannsóknum. ESO starfrækir þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er þátttakandi í ALMA, byltingarkenndum útvarpssjónauka og stærsta stjarnvísindaverkefni heims. ESO hyggur einnig á smíði 39 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.
Tenglar
Tengiliðir
Sævar Helgi Bragason
University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Farsími: +354-896-1984
Tölvupóstur: [email protected]
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1313.
Tengdar myndir
Í þessari myndaröð hefur mælingum ALMA verið skeytt saman við myndir Hubble geimsjónauka NASA og ESA af fimm fjarlægum vetrarbrautum. Ljósmyndir ALMA, sýndar í rauðum lit, sýna fjarlægu bakgrunnsvetrarbrautirnar sem þyngdarlinsuhrif vetrarbrautanna í forgrunni, bláar í gögnum Hubbles, hafa magnað upp. Bakgrunnsvetrarbrautirnar virðast mynda ljósboga, svokallaða Einstein hringi, sem umlykja vetrarbrautirnar í forgrunni. Mynd: ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), J. Vieira et al.
Á þessari skýringarmynd sést hvernig þyngdarkraftur nálægra vetrarbrauta í forgrunni verkar eins og linsa sem magnar upp ljós frá fjarlægara fyrirbæri og myndar einkennandi ljósboga, svokallaða Einstein hringi. Greining á þyngdarlinsunni sýndu, að birta fjarlægu hrinuvetrarbrautanna jafnast á við 40 trilljónir (40 milljón milljón) sóla og að linsuhrifin magna hana upp 22-falt. Mynd: ALMA (ESO/NRAO/NAOJ), L. Calçada (ESO), Y. Hezaveh et al.
ALMA endurskrifar fæðingarsögu stjarna í alheiminum
Fjarlægustu mælingar á vatni hingað til í metfjölda athugana á fjarlægum vetrarbrautum
Sævar Helgi Bragason 13. mar. 2013 Fréttir
Nýjar mælingar ALMA hafa leitt í ljós að öflugustu hrinur stjörnumyndunar í alheiminum urðu mun fyrr en áður var talið
Mælingar Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hafa leitt í ljós að öflugustu hrinur stjörnumyndunar í alheiminum urðu mun fyrr en áður var talið. Þessar niðurstöður birtast í nokkrum greinum í tímaritunum Nature þann 14. mars 2013 og Astrophysical Journal. Rannsóknin er nýjasta dæmið um uppgötvanir ALMA, nýrrar alþjóðlegrar stjörnustöðvar, sem var formlega tekin í notkun í dag.
Talið er að í árdaga alheimsins hafi mestu hrinur stjörnumyndunar orðið í massamiklum og björtum vetrarbrautum. Þessar hrinuvetrarbrautir umbreyta miklu magni gass og ryks í nýjar stjörnur með miklu offorsi — mörg hundruð sinnum hraðar en í rólegum þyrilvetrarbrautum eins og þeirri sem við búum í. Stjörnufræðingar geta rannsakað þetta annasama tímabil í æsku alheimsins með því að skyggnast langt út í geiminn og skoða vetrarbrautir sem eru svo fjarlægar, að ljós þeirra hefur verið marga milljarða ára að berast til okkar.
„Því fjarlægari sem vetrarbraut er, því lengra aftur í tímann horfum við. Með því að mæla fjarlægðina til þeirra, getum við sett upp tímaás sem sýnir hve ört nýjar stjörnur urðu til í alheiminum á mismunandi stigum í 13,7 milljarða ára sögu hans,“ sagði Joaquin Vieira (California Institute of Technology í Bandaríkjunum), forystumaður hópsins og aðalhöfundur greinarinnar í Nature.
Alþjóðlegur hópur vísindamann fann fyrst þessar fjarlægu og dularfullu vetrarbrautir með hinum 10 metra breiða Suðurpólssjónauka (SPT) sem bandaríska vísindaráðið rekur, og notaði síðan ALMA til þysja inn að þeim og kanna fæðingartíðni stjarna snemma í sögu alheimsins. Þeim kom á óvart að margar þessara fjarlægu, rykugu hrinuvetrarbrauta eru enn fjarlægari en búist var við. Það þýðir að í þeim varð stjörnumyndunarhrina fyrir um 12 milljörðum ára að meðaltali, þegar alheimurinn var rétt innan við 2 milljarða ára gamall — milljarði ára fyrr en áður var talið.
Tvær þessara vetrarbrauta eru þær fjarlægustu sinnar tegundar sem fundist hafa — svo fjarlægar að ljósið frá þeim hóf ferðalag sitt þegar alheimurinn var aðeins eins milljarða ára. Og það sem meira er, í einni vetrarbrautinni fundustu vatnssameindir. Aldrei áður hefur vatn fundist í svo mikilli fjarlægð í alheiminum.
Stjörnufræðingarnir nýttu sér einstök greinigæði ALMA til að safna ljósi frá 26 vetrarbrautum með í kringum þriggja millímetra bylgjulengd. Ljós með þessa einkennisbylgjulengd kemur frá gassameindum í vetrarbrautunum, en vegna útþenslu alheimsins yfir þá milljarða ára sem það tekur ljósið að berast okkur, hefur teygst á bylgjulengdunum. Með því að mæla hversu mikið tognað hefur á ljósinu geta stjörnufræðingar reiknað út í hve langan tíma ljósið hefur ferðast og þannig staðsett hverja vetrarbraut á réttum tímapunkti í sögu alheimsins.
„Næmni ALMA og vítt tíðinisvið hefur það í för með sér að við gátum gert mælingar á hverri vetrarbraut á örfáum mínútum — hundrað sinnum hraðar en áður,“ sagði Axel Weiss (Max-Planck-Institut für Radioastronomie í Bonn í Þýskalandi) sem hafði umsjón með mælingum á fjarlægðinni til vetrarbrautanna. „Áður hefðu mælingar á borð við þessar kostað mikla vinnu við að sameina gögn í sýnilegu ljósi og frá útvarpssjónaukum.“
Í flestum tilvikum var hægt að mæla fjarlægðirnar með gögnum ALMA einum og sér en í nokkrum tilvikum nýtti hópurinn gögnin frá ALMA með mælingum annarra sjónauka, þar á meðal Atacama Pathfinder Experiment (APEX) og Very Large Telescope ESO [1].
ALMA var enn í smíðum í 5.000 metra hæð yfir sjávarmáli á Chajnantor hásléttunni í Andesfjöllum Chile þegar mælingarnar voru gerðar og notuðu stjörnufræðingarnir því aðeins 16 loftnet af þeim 66 sem röðin samanstendur af fullkláruð. Þegar smíði ALMA er lokið verður röðin enn næmari og fær um að geta greint enn fjarlægari vetrarbrautir. Í þetta sinn beindu stjörnufræðingarnir athygli sinni að bjartari vetrarbrautunum. Þau fengu líka hjálp frá náttúrunni á formi þyngdarlinsa, áhrifa sem almenna afstæðiskenning Einsteins spáir fyrir um, en í því tilviki verkar þyngdarkraftur vetrarbrautar í forgrunni eins og náttúruleg linsa sem magnar upp ljós frá fjarlægara fyrirbæri.
Til að skilja nákvæmlega hversu mikið þyngdarlinsan magnar birtu vetrarbrautarinnar, gerðu stjörnufræðingarnir fleiri mælingar á þeim með ALMA á ljósi í kringum 0,9 millímetra bylgjulengd.
„Þessar fallegu myndir frá ALMA sýna hvernig bakgrunnsvetrarbrautirnar mynda ljósboga, svokallaða Einstein hringi, í kringum vetrarbrautirnar í forgrunni,“ sagði Yashar Hezaveh (McGill University í Montreal í Kanada) sem hafði umsjón með þyngdarlinsumælingunum. „Við notum huldefnið í vetrarbrautum sem eru hálfa leið út að endirmörkum hins sýnilega alheims, sem geimsjónauka til að gera enn fjarlægari vetrarbrautir stærri og bjartari.“
Greining á þyngdarlinsunni sýndu, að birta fjarlægu hrinuvetrarbrautanna jafnast á við 40 trilljónir (40 milljón milljón) sóla og að linsuhrifin magna hana upp 22-falt.
„Áður höfðu aðeins örfáar linsuvetrarbrautir fundist á hálfsmillímetra bylgjulengdum en nú hafa SPT og ALMA fundið nokkra tugi,“sagði Carlos De Breuck (ESO), meðlimur í rannsóknahópnum. „Áður var þessi tegund rannsókna að mestu gerð í sýnilegu ljósi með Hubble geimsjónaukanum en niðurstöður okkar sýna, að ALMA er öflugt tæki á þessu sviði.“
„Þetta er fyrirtaks dæmi um samvinnu stjörnufræðinga frá öllum heimshornum sem gera merkar uppgötvanir með fyrsta flokks tækjum,“ sagði Daniel Marrone (University of Arizona í Bandaríkjunum), meðlimur í hópnum. „Þetta er aðeins byrjunin hjá ALMA og á rannsóknum á þessum hrinuvetrarbrautum. Næsta skref okkar er að rannsaka fyrirbærin í meiri smáatriðum og finna út hversu mikið og hvers vegna þær mynda stjörnur með jafn miklum látum og raun ber vitni.“
Skýringar
[1] Viðbótarmælingar voru gerðar með APEX, VLT, Australian Telescope Compact Array (ATCA) og Submillimeter Array (SMA).
Frekari upplýsingar
Sagt er frá þessari rannsókn í greininni „Dusty starburst galaxies in the early Universe as revealed by gravitational lensing,“ eftir J. Vieira o.fl., sem birtist í tímaritinu Nature. Greint er frá mælingum á fjarlægðinni til vetrarbrautanna í greininni „ALMA redshifts of millimeter-selected galaxies from the STP survey: The redshift distribution of dusty star-forming galaxies,“ eftir A. Weiss o.fl., íAstrophysical Journal. Fjallað er um rannsóknina á þyngdarlinsuhrifunum í greininni „ALMA observations of strongly lensed dusty star-forming galaxies,“ eftir Y. Hezaveh o.fl., sem einnig birtist í Astrophysical Journal.
ALMA er samstarfsverkefni Evrópu, Norður Ameríku og Austur Asíu í samvinnu við Chile. Í Evrópu er verkefnið fjármagnað af ESO, í Norður Ameríku af National Science Foundation (NSF) í samstarfi við National Research Council of Canada (NRC) og National Science Council of Taiwan (NSC) og í Austur Asíu af National Insitutes of Natural Sciences (NINS) í Japan í samstarfi við Academia Sinica (AS) í Taívan. ESO sér um smíði og rekstur ALMA fyrir hönd Evrópu en National Radio Astronomy Observatory (NRAO), sem lýtur stjórn Associated Universities, Inc. (AUI), fyrir hönd Norður Ameríku og National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) fyrir hönd austur Asíu. Samþætt stjórnun á smíði, prófun og rekstri ALMA er í umsjá Joint ALMA Observatory (JAO).
ESO er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og lang öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 15 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. ESO heldur úti metnaðarfullum verkefnum sem miða að hönnun, smíði og starfsemi öflugra stjörnustöðva á jörðinni sem gera stjörnufræðingum kleift að gera mikilvægar uppgötvanir. ESO leikur líka lykilhlutverk í að efla og skipuleggja samstarf í stjarnvísindarannsóknum. ESO starfrækir þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er þátttakandi í ALMA, byltingarkenndum útvarpssjónauka og stærsta stjarnvísindaverkefni heims. ESO hyggur einnig á smíði 39 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.
Tenglar
Tengiliðir
Sævar Helgi Bragason
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1313.University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Farsími: +354-896-1984
Tölvupóstur: [email protected]
Tengdar myndir