ALMA i VLT znalazły dowód na powstawanie gwiazd zaledwie 250 milionów lat po Wielkim Wybuchu
Dodane przez jacek dnia 19/05/2018 13:37:04
slowaKluczowe Hubble and ALMA image of MACS J1149.5+2223
This image shows the galaxy cluster MACS J1149.5+2223 taken with the NASA/ESA Hubble Space Telescope; the inset image is the very distant galaxy MACS1149-JD1, seen as it was 13.3 billion years ago and observed with ALMA. Here, the oxygen distribution detected with ALMA is depicted in red.
Źródło:ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope, W. Zheng (JHU), M. Postman (STScI), the CLASH Team, Hashimoto et al.
Astronomowie użyli obserwacji z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) oraz należącego do ESO teleskopu VLT do ustalenia, że procesy gwiazdotwórcze w bardzo odległej galaktyce MACS1149-JD1 rozpoczęły się na niespodziewanie wczesnym etapie, zaledwie 250 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Odkrycie dotyczy również najodleglejszego tlenu kiedykolwiek wykrytego we Wszechświecie i najdalszej galaktyki zaobserwowanej przez ALMA oraz VLT. Wyniki ukażą się 17 maja 2018 r. w czasopiśmie “Nature”.
Treść rozszerzona
Międzynarodowy zespół astronomów wykorzystał ALMA do obserwacji odległej galaktyki o nazwie MACS1149-JD1. Udało się wykryć słabą poświatę emitowaną przez zjonizowany tlen z tej galaktyki. Gdy promieniowanie podczerwone podróżowało przez kosmos, rozszerzanie Wszechświata rozciągnęło je do fal o długości ponad dziesięć razy większej w momencie gdy dotarło do Ziemi i zostało wykryte przez ALMA. Zespół wydedukował, że sygnał został wyemitowany 13,3 miliarda lat temu (500 milionów lat po Wielkim Wybuchu), co czyni go najdalszym tlenem kiedykolwiek wykrytym przez teleskop [1]. Występowanie tlenu jest wyraźną oznaką, że w tej galaktyce musiały być wcześniejsze generacje gwiazd.

„To było wstrząsające dojrzeć sygnał od odległego tlenu w danych z ALMA” mówi Takuya Hashimoto, pierwszy autor nowej publikacji pracujący w Osaka Sangyo University i National Astronomical Observatory of Japan. „Ta detekcja przesuwa granice obserwowalnego Wszechświata.”

Oprócz tlenu dostrzeżonego przez ALMA dodatkowo przy pomocy należącego do ESO Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) wykryto także słabszy sygnał od emisji wodorowej. Odległość do galaktyki ustalona na podstawie tych obserwacji jest zgodna z dystansem oszacowanym na podstawie obserwacji tlenu. Czyni to MACS1149-JD1 najdalsza galaktyką z precyzyjnym pomiarem odległości i najdalsza zaobserwowaną kiedykolwiek przez ALMA lub VLT.

„Galaktyka jest widoczna w czasie, gdy Wszechświat miał zaledwie 500 milionów lat, a już wtedy posiadał populację dojrzałych gwiazd” wyjaśnia Nicolas Laporte, naukowiec z University College London (UCL) w Wielkiej Brytanii, drugi autor nowej publikacji. „Jesteśmy zatem w stanie wykorzystać tę galaktykę do wysondowania wcześniejszego, zupełnie niezbadanego okresu kosmicznej historii.”

Po Wielkim Wybuchu nie było tlenu we Wszechświecie, został utworzony w procesach fuzji jądrowej w pierwszych gwiazdach, a następnie uwolniony gdy gwiazdy te umierały. Detekcja tlenu w MACS1149-JD1 wskazuje, że wcześniejsze generacje gwiazd już się uformowały i wyrzuciły tlen w zaledwie 500 milionów lat po początku Wszechświata.

Ale kiedy nastąpiło to wcześniejsze powstawania gwiazd? Aby się tego dowiedzieć, zespół zrekonstruował wcześniejszą historię MACS1149-JD1 korzystając z danych w podczerwieni zebranych przez należący do NASA/ESA Kosmiczny Teleskop Hubble’a oraz należący do NASA Kosmiczny Teleskop Spitzera. Okazało się, że obserwowana jasność galaktyki może być dobrze wyjaśniona przez model, w którym początek formowania gwiazd odpowiada czasom zaledwie 250 milionów lat po początku Wszechświata [2].

Dojrzałość gwiazd widocznych w MACS1149-JD1 rodzi pytanie kiedy narodziły się pierwsze galaktyki zanurzone w całkowitej ciemności, epoce która astronomowie romantycznie nazywają „kosmicznym świtem”. Określając wiek MACS1149-JD1, zespół efektywnie pokazał, że galaktyki istniały wcześniej niż te, które potrafimy obecnie wykrywać.

Richard Ellis, astronom na UCL i współautor publikacji, podsumowuje: „Ustalanie kiedy wydarzył się kosmiczny świt jest podobne do poszukiwań Świętego Graala kosmologii i formowania się galaktyk. Dzięki nowym obserwacjom MACS1149-JD1 jesteśmy bliżej do bezpośredniego dostrzeżenia narodzin światła gwiazd! Ponieważ wszyscy jesteśmy stworzeni z materii przeprocesowanej w gwiazdach, jest to tak naprawdę poszukiwanie naszych korzeni.”

Uwagi
[1] ALMA kilkukrotnie ustanawiała rekordy w wykrywaniu najbardziej odległego tlenu. W roku 2016 Akio Inoue z Osaka Sangyo University wraz ze współpracownikami użyli ALMA do znalezienie sygnału od tlenu wyemitowanego 13,1 miliarda lat temu. Kilka miesięcy później Nicolas Laporte z University College London wykorzystał ALMA do wykrycia tlenu sprzed 13,2 miliarda lat. Teraz dwa zespoły połączyły swoje siły i ustanowiły nowy rekord, który odpowiada przesunięciu ku czerwieni 9,1.

[2] Co odpowiada przesunięciu ku czerwieni około 15.

Więcej informacji
Wyniki opublikowano w artykule pt.: “The onset of star formation 250 million years after the Big Bang”, T. Hashimoto et al., który ukaże się 17 maja 2018 r. w czasopiśmie Nature.

Skład zespołu badawczego: Takuya Hashimoto (Osaka Sangyo University/National Astronomical Observatory of Japan, Japonia), Nicolas Laporte (University College London, Wielka Brytania), Ken Mawatari (Osaka Sangyo University, Japonia), Richard S. Ellis (University College London, Wielka Brytania), Akio. K. Inoue (Osaka Sangyo University, Japonia), Erik Zackrisson (Uppsala University, Szwecja), Guido Roberts-Borsani (University College London, Wielka Brytania), Wei Zheng (Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland, Stany Zjednoczone), Yoichi Tamura (Nagoya University, Japonia), Franz E. Bauer (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), Thomas Fletcher (University College London, Wielka Brytania), Yuichi Harikane (The University of Tokyo, Japonia), Bunyo Hatsukade (The University of Tokyo, Japonia), Natsuki H. Hayatsu (The University of Tokyo, Japonia; ESO, Garching, Niemcy), Yuichi Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan/SOKENDAI, Japonia), Hiroshi Matsuo (National Astronomical Observatory of Japan/SOKENDAI, Japonia, Sapporo, Japonia), Takashi Okamoto (Hokkaido University, Sapporo, Japonia), Masami Ouchi (The University of Tokyo, Japonia), Roser Pelló (Université de Toulouse, Francja), Claes-Erik Rydberg (Universität Heidelberg, Niemcy), Ikkoh Shimizu (Osaka University, Japonia), Yoshiaki Taniguchi (The Open University of Japan, Chiba, Japonia), Hideki Umehata (The University of Tokyo, Japonia) oraz Naoki Yoshida (The University of Tokyo, Japonia).

ESO jest wiodącą międzyrządową organizacją astronomiczną w Europie i najbardziej produktywnym obserwatorium astronomicznym na świecie. Ma 15 krajów członkowskich: Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy, dodatkowo Chile jest kraje gospodarzem, a Australia strategicznym partnerem. ESO prowadzi ambitne programy dotyczące projektowania, konstrukcji i użytkowania silnych naziemnych instrumentów obserwacyjnych, pozwalając astronomom na dokonywanie znaczących odkryć naukowych. ESO odgrywa wiodącą rolę w promowaniu i organizowaniu współpracy w badaniach astronomicznych. ESO zarządza trzema unikalnymi, światowej klasy obserwatoriami w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope - Bardzo Duży Teleskop), najbardziej zaawansowane na świecie astronomiczne obserwatorium w świetle widzialnym oraz dwa teleskopy do przeglądów. VISTA pracuje w podczerwieni i jest największym na świecie instrumentem do przeglądów nieba, natomiast VLT Survey Telescope to największy teleskop dedykowany przeglądom nieba wyłącznie w zakresie widzialnym. ESO jest głównym partnerem ALMA, największego istniejącego projektu astronomicznego. Z kolei na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, ESO buduje 39-metrowy teleskop ELT (Extremely Large Telescope - Ekstremalnie Wielki Teleskop), który stanie się „największym okiem świata na niebo”.



Przeczytaj więcej:

Krzysztof Czart
Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska