Mælingar VLT á gammablossa leiðir í ljós óvænta efnasamsetningu vetrarbrauta í hinum unga alheimi
Sævar Helgi Bragason
02. nóv. 2011
Fréttir
Stjörnufræðingar hafa notað skammlíft en skært ljós frá fjarlægum gammablossa til að kanna efnasamsetningu vetrarbrauta í órafjarlægð.
Alþjóðlegur hópur stjörnufræðinga notaði skammlíft en skært ljós frá fjarlægum gammablossa til að kanna efnasamsetningu vetrarbrauta í órafjarlægð. Mælingarnar voru gerðar með Very Large Telescope ESO og leiddu þær nokkuð mjög óvænt í ljós: Tvær vetrarbrautir í hinum unga alheimi innihalda meira magn af þungum frumefnum en sólin. Hugsanlega eru vetrarbrautirnar tvær að renna saman en slíkir atburður snemma í sögu alheimsins knýr áfram mikla nýmyndun stjarna og gæti komið af stað gammablossum.
Gammablossar eru björtustu sprengingar alheimsins [1]. Gervitungl greindu fyrstu stuttu gammageislahrinurnar en um leið og staðsetning þeirra á himinhvolfinu lá ljós fyrir, var stærstu stjörnusjónaukum jarðar beint að sýnilegum og innrauðum glæðum blossanna sem endast í nokkrar klukkustundir eða daga. Fyrst varð vart við einn slíkan blossa, GRB 090323 [2], með Swift gervitungli NASA en fljótlega í kjölfarið greindi GROND kerfið í Chile (eso1049) blossann sem síðan var rannsakaður gaumgæfilega með Very Large Telescope (VLT) ESO, degi eftir að blossans varð fyrst vart.
Mælingar VLT sýndu að ljós gammablossans hafði borist í gegnum hýsilvetrarbrautina og aðra nálæga vetrarbraut. Báðar þessar vetrarbrautir sjást þegar alheimurinn var um 1,8 milljarða ára [3]. Sjaldgæft er að svo fjarlægar vetrarbrautir sjáist með glæðum gammablossa.
„Við höfðum ekki hugmynd um hverju við áttum von á þegar við rannsökuðum ljós þessa gammablossa. Efnasamsetning kalda gassins í báðum vetrarbrautum kom okkur mjög á óvart“ segir Sandra Savaglio (Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics í Garching í Þýskalandi), aðalhöfundur greinar um mælingarnar. „Í þessum vetrarbrautum er meira magn þungra frumefni en við höfum áður séð í álíka frumstæðum vetrarbrautum. Við bjuggumst ekki við að alheimurinn væri svo efnafræðilega þróaður þetta snemma í sögunni.“
Þegar ljós gammablossans barst í gegnum vetrarbrautirnar virkaði gasið eins og sía sem gleypir ákveðnar bylgjulengdir ljóssins. Án gammablossans hefðu þessar daufu vetrarbrautir aldrei fundist. Þegar fingraför ólíkra frumefna voru skoðuð gátu stjörnufræðingarnir fundið út fjarlægðir vetrarbrautanna og efnasamsetningu kalda gassins í þeim og einkum hve mikið af þungum frumefnum það innihélt.
Talið er að vetrarbrautir í hinum unga alheimi innihaldi minna magn þungra frumefna en vetrarbrautir í dag, eins og vetrarbrautin okkar. Þung frumefni myndast þegar stjörnur lifa og deyja og auðga gasið í vetrarbrautunum [4]. Stjörnufræðingar geta notað auðgunina sem vísbendingu um hve þróaðar vetrarbrautirnar eru. En með nýju mælingunum kom hið óvænta í ljós að í sumum vetrarbrautum hafði þegar myndast mikið magn þungra frumefna innan við tveimur milljörðum ára eftir Miklahvell. Það þótti óhugsandi þar til nýlega.
Í báðum vetrarbrautunum hlýtur stjörnumyndun að vera mjög ör til þess að kalda gasið hafi auðgast svo hratt og svo mikið. Vetrarbrautirnar eru mjög nálægt hvor annarri svo líklega eru þær að renna saman í eina. Það ferli hrindir af stað stjörnumyndun þegar gasskýin í vetrarbrautunum rekast saman. Niðurstöðurnar styðja líka þá hugmynd að gammablossar tengist myndun mjög massamikilla stjarna.
Öflug stjörnumyndun í vetrarbrautum eins og þessum gæti hafa lokið snemma í sögu alheimsins. Í dag, tólf milljörðum ára síðar, eru slíkar vetrarbrautir „dauðar“ og innihalda að mestu leifar stjarna eins og svarthol og kaldar dvergstjörnur. Erfitt væri að finna slíkar vetrarbrautir í dag.
„Við höfðum heppnina með okkur þegar við sáum GRB 090323. Blossinn var nefnilega enn nægilega skær til þess að hægt væri að afla góðra gagna með VLT. Gammablossar haldast bjartir í mjög stuttan tíma svo oftast er erfitt að ná góðum mælingum. Við vonumst til að sjá þessar vetrarbrautir aftur í framtíðinni þegar miklu næmari mælitæki verða á boðstólnum. Þær væru kjörin viðfangsefni E-ELT“ segir Savaglio að lokum.
Skýringar
[1] Gammablossar sem vara í yfir meira en tvær sekúndur kallast langir blossar en þeir sem endast skemur eru kallaðir stuttir blossar. Í þessari rannsókn voru langir blossar rannsakaðir en þeir tengjast endalokum ungra og massamikilla stjarna í vetrarbrautum þar sem mikil stjörnumyndun á sér sennilega stað. Stuttir blossar eru ekki eins vel útskýrðir en eru taldir eiga rætur að rekja til samruna tveggja þéttra fyrirbæra eins og nifteindastjarna.
[2] Nafn blossans vísar til dagsetningarinnar þegar hann sást fyrst, í þessu tilviki 23. mars 2009.
[3] Rauðvik vetrarbrautanna er 3,57 sem þýðir að við sjáum þær 1,8 milljarði ára eftir Miklahvell.
[4] Efnið sem myndaðist við Miklahvell fyrir 13,7 milljörðum ára var næstum eingöngu úr vetni og helíumi. Flest þyngri frumefni eins og súrefni, nitur og kolefni urðu til mun síðar við kjarnahvörf í stjörnum og blönduðust við annað gas í vetrarbrautum þegar þessar stjörnur dóu. Þess vegna var búist við því að magn þungra frumefna í flestum vetrarbrautum ykist hægt og bítandi með tímanum.
Frekari upplýsingar
Skýrt er frá þessari rannsókn í greininni „Super-solar Metal Abundances in Two Galaxies at z ~ 3,57 revealed by the GRB 090323 Afterglow Spectrum“ sem birtist í Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Í rannsóknarhópnum eru S. Savaglio (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics í Garching bei München í Þýskalandi [MPE]), A. Rau (MPE), J. Greiner (MPE), T. Krü̈hler (MPE; Technische Universitä̈t München í Garching í Þýskalandi [TUM]), S. McBreen (University College Dublin á Írlandi; MPE), D. H. Hartmann (Clemson University i Clemson í Bandaríkjunum), A. C. Updike (Clemson), R. Filgas (MPE), S. Klose (Thü̈ringer Landessternwarte Tautenburg í Þýskalandi), P. Afonso (MPE), C. Clemens (MPE), A. Küpcü̈ Yoldas (ESO í Garching í Þýskalandi), F. Olivares E. (MPE), V. Sudilovsky (MPE; TUM) og G. Szokoly (Eötvö̈s University í Búdapest í Ungverjalandi).
ESO, European Southern Observatory, stjörnustöð Evrópulanda á suðurhveli, er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og ein öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 15 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. Með því að reisa og reka öflugustu stjörnuathugunarstöðvar heims leggur ESO grunninn að mikilvægum uppgötvunum stjörnufræðinga. Í Chile rekur ESO 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 40 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.
Tenglar
Tengiliðir
Sævar Helgi Bragason
University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Cell: +354-896-1984
Email: [email protected]
Sandra Savaglio
Astronomer, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 3358
Cell: +49 151 5194 4223
Email: [email protected]
Richard Hook
ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Cell: +49 151 1537 3591
Email: [email protected]
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1143.
Tengdar myndir
Sýn listamanns á tvær vetrarbrautir í hinum unga alheimi. Ljósið frá blossanum barst í gegnum báðar vetrarbrautirnar á leið sinni til jarðar (sem er utan rammans). Mælingarnar voru gerðar með Very Large Telescope ESO og sýna að báðar vetrarbrautirnar innihalda óvenju mikið magn þungra frumefna. Mynd: ESO/L. Calçada
Þegar ljós gammablossans barst í gegnum vetrarbrautirnar tvær gleypti kalt gas ljósið og skildi eftir sig einkennandi dökkar línur í litrófinu. Með greiningu á litrófinu komust stjörnufræðingarnir að því að vetrarbrautirnar innihalda óvenju mikið magn þungra frumefna. Mynd: ESO/L. Calçada
Krakkavæn útgáfa
Mælingar VLT á gammablossa leiðir í ljós óvænta efnasamsetningu vetrarbrauta í hinum unga alheimi
Sævar Helgi Bragason 02. nóv. 2011 Fréttir
Stjörnufræðingar hafa notað skammlíft en skært ljós frá fjarlægum gammablossa til að kanna efnasamsetningu vetrarbrauta í órafjarlægð.
Alþjóðlegur hópur stjörnufræðinga notaði skammlíft en skært ljós frá fjarlægum gammablossa til að kanna efnasamsetningu vetrarbrauta í órafjarlægð. Mælingarnar voru gerðar með Very Large Telescope ESO og leiddu þær nokkuð mjög óvænt í ljós: Tvær vetrarbrautir í hinum unga alheimi innihalda meira magn af þungum frumefnum en sólin. Hugsanlega eru vetrarbrautirnar tvær að renna saman en slíkir atburður snemma í sögu alheimsins knýr áfram mikla nýmyndun stjarna og gæti komið af stað gammablossum.
Gammablossar eru björtustu sprengingar alheimsins [1]. Gervitungl greindu fyrstu stuttu gammageislahrinurnar en um leið og staðsetning þeirra á himinhvolfinu lá ljós fyrir, var stærstu stjörnusjónaukum jarðar beint að sýnilegum og innrauðum glæðum blossanna sem endast í nokkrar klukkustundir eða daga. Fyrst varð vart við einn slíkan blossa, GRB 090323 [2], með Swift gervitungli NASA en fljótlega í kjölfarið greindi GROND kerfið í Chile (eso1049) blossann sem síðan var rannsakaður gaumgæfilega með Very Large Telescope (VLT) ESO, degi eftir að blossans varð fyrst vart.
Mælingar VLT sýndu að ljós gammablossans hafði borist í gegnum hýsilvetrarbrautina og aðra nálæga vetrarbraut. Báðar þessar vetrarbrautir sjást þegar alheimurinn var um 1,8 milljarða ára [3]. Sjaldgæft er að svo fjarlægar vetrarbrautir sjáist með glæðum gammablossa.
„Við höfðum ekki hugmynd um hverju við áttum von á þegar við rannsökuðum ljós þessa gammablossa. Efnasamsetning kalda gassins í báðum vetrarbrautum kom okkur mjög á óvart“ segir Sandra Savaglio (Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics í Garching í Þýskalandi), aðalhöfundur greinar um mælingarnar. „Í þessum vetrarbrautum er meira magn þungra frumefni en við höfum áður séð í álíka frumstæðum vetrarbrautum. Við bjuggumst ekki við að alheimurinn væri svo efnafræðilega þróaður þetta snemma í sögunni.“
Þegar ljós gammablossans barst í gegnum vetrarbrautirnar virkaði gasið eins og sía sem gleypir ákveðnar bylgjulengdir ljóssins. Án gammablossans hefðu þessar daufu vetrarbrautir aldrei fundist. Þegar fingraför ólíkra frumefna voru skoðuð gátu stjörnufræðingarnir fundið út fjarlægðir vetrarbrautanna og efnasamsetningu kalda gassins í þeim og einkum hve mikið af þungum frumefnum það innihélt.
Talið er að vetrarbrautir í hinum unga alheimi innihaldi minna magn þungra frumefna en vetrarbrautir í dag, eins og vetrarbrautin okkar. Þung frumefni myndast þegar stjörnur lifa og deyja og auðga gasið í vetrarbrautunum [4]. Stjörnufræðingar geta notað auðgunina sem vísbendingu um hve þróaðar vetrarbrautirnar eru. En með nýju mælingunum kom hið óvænta í ljós að í sumum vetrarbrautum hafði þegar myndast mikið magn þungra frumefna innan við tveimur milljörðum ára eftir Miklahvell. Það þótti óhugsandi þar til nýlega.
Í báðum vetrarbrautunum hlýtur stjörnumyndun að vera mjög ör til þess að kalda gasið hafi auðgast svo hratt og svo mikið. Vetrarbrautirnar eru mjög nálægt hvor annarri svo líklega eru þær að renna saman í eina. Það ferli hrindir af stað stjörnumyndun þegar gasskýin í vetrarbrautunum rekast saman. Niðurstöðurnar styðja líka þá hugmynd að gammablossar tengist myndun mjög massamikilla stjarna.
Öflug stjörnumyndun í vetrarbrautum eins og þessum gæti hafa lokið snemma í sögu alheimsins. Í dag, tólf milljörðum ára síðar, eru slíkar vetrarbrautir „dauðar“ og innihalda að mestu leifar stjarna eins og svarthol og kaldar dvergstjörnur. Erfitt væri að finna slíkar vetrarbrautir í dag.
„Við höfðum heppnina með okkur þegar við sáum GRB 090323. Blossinn var nefnilega enn nægilega skær til þess að hægt væri að afla góðra gagna með VLT. Gammablossar haldast bjartir í mjög stuttan tíma svo oftast er erfitt að ná góðum mælingum. Við vonumst til að sjá þessar vetrarbrautir aftur í framtíðinni þegar miklu næmari mælitæki verða á boðstólnum. Þær væru kjörin viðfangsefni E-ELT“ segir Savaglio að lokum.
Skýringar
[1] Gammablossar sem vara í yfir meira en tvær sekúndur kallast langir blossar en þeir sem endast skemur eru kallaðir stuttir blossar. Í þessari rannsókn voru langir blossar rannsakaðir en þeir tengjast endalokum ungra og massamikilla stjarna í vetrarbrautum þar sem mikil stjörnumyndun á sér sennilega stað. Stuttir blossar eru ekki eins vel útskýrðir en eru taldir eiga rætur að rekja til samruna tveggja þéttra fyrirbæra eins og nifteindastjarna.
[2] Nafn blossans vísar til dagsetningarinnar þegar hann sást fyrst, í þessu tilviki 23. mars 2009.
[3] Rauðvik vetrarbrautanna er 3,57 sem þýðir að við sjáum þær 1,8 milljarði ára eftir Miklahvell.
[4] Efnið sem myndaðist við Miklahvell fyrir 13,7 milljörðum ára var næstum eingöngu úr vetni og helíumi. Flest þyngri frumefni eins og súrefni, nitur og kolefni urðu til mun síðar við kjarnahvörf í stjörnum og blönduðust við annað gas í vetrarbrautum þegar þessar stjörnur dóu. Þess vegna var búist við því að magn þungra frumefna í flestum vetrarbrautum ykist hægt og bítandi með tímanum.
Frekari upplýsingar
Skýrt er frá þessari rannsókn í greininni „Super-solar Metal Abundances in Two Galaxies at z ~ 3,57 revealed by the GRB 090323 Afterglow Spectrum“ sem birtist í Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Í rannsóknarhópnum eru S. Savaglio (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics í Garching bei München í Þýskalandi [MPE]), A. Rau (MPE), J. Greiner (MPE), T. Krü̈hler (MPE; Technische Universitä̈t München í Garching í Þýskalandi [TUM]), S. McBreen (University College Dublin á Írlandi; MPE), D. H. Hartmann (Clemson University i Clemson í Bandaríkjunum), A. C. Updike (Clemson), R. Filgas (MPE), S. Klose (Thü̈ringer Landessternwarte Tautenburg í Þýskalandi), P. Afonso (MPE), C. Clemens (MPE), A. Küpcü̈ Yoldas (ESO í Garching í Þýskalandi), F. Olivares E. (MPE), V. Sudilovsky (MPE; TUM) og G. Szokoly (Eötvö̈s University í Búdapest í Ungverjalandi).
ESO, European Southern Observatory, stjörnustöð Evrópulanda á suðurhveli, er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og ein öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 15 landa: Austurríkis, Belgíu, Brasilíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands. Með því að reisa og reka öflugustu stjörnuathugunarstöðvar heims leggur ESO grunninn að mikilvægum uppgötvunum stjörnufræðinga. Í Chile rekur ESO 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 40 metra risasjónauka, European Extremely Large Telescope eða E-ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.
Tenglar
Tengiliðir
Sævar Helgi Bragason
University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Cell: +354-896-1984
Email: [email protected]
Sandra Savaglio
Astronomer, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 3358
Cell: +49 151 5194 4223
Email: [email protected]
Richard Hook
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1143.ESO, La Silla, Paranal, E-ELT and Survey Telescopes Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Cell: +49 151 1537 3591
Email: [email protected]
Tengdar myndir
Krakkavæn útgáfa