Hubble finnur það sem gæti verið fjarlægasta fyrirbæri sem sést hefur í alheimi

Sævar Helgi Bragason 15. nóv. 2012 Fréttir

Stjörnufræðingar hafa fundið vetrarbraut sem sést eins og hún leit út um 420 milljón árum eftir Miklahvell!

  • vetrarbraut, vetrarbrautaþyrping, MACS0647-JD

Með því að sameina krafta Hubble geimsjónauka NASA og ESA, Spitzer geimsjónauka NASA og einnar stærstu þyngdarlinsu í heimi, hafa stjörnufræðingar fundið það sem þeir telja fjarlægustu vetrarbraut sem sést hefur í alheimi hingað til. Þannig má skyggnast aftur til þess tíma þegar alheimurinn var aðeins 3% af núverandi aldri alheims, sem er 13,7 milljarðar ára.

Við sjáum nýfundnu vetrarbrautina, sem nefnist MACS0647-JD, eins og hún leit út um 420 milljón árum eftir Miklahvell. Ljós hennar hefur ferðast í 13,3 milljarða ára á leið til jarðar, en það svarar til rauðviks 11 [1].

Þetta er nýjasta uppgötvun CLASH verkefnisins (e. Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble) [2] sem beitir fyrir sig risastórum vetrarbrautaþyrpingum eins og þær væru geimsjónaukar sem magna ljós fjarlægra vetrarbrauta handan þyrpinganna. Slíkar vetrarbrautaþyrpingar eru kallaðar þyngdarlinsur.

„Þótt maður búist nú iðulega við að sjá fjarlægar vetrarbrautir þegar öflugum þyngdarlinsum er beitt, fór þessi uppgötvun fram úr björtustu vonum um hvað myndi sjást með CLASH verkefninu,“ sagði Rychard Bouwens (Leiden háskóla í Hollandi), meðhöfundur greinar um rannsóknina. „Mikil vísindi hefa sprottið af þessu.“

Á leið sinni til okkar, um 8 milljarða ára eftir að ljósið lagði af stað, tók það sveig eftir nokkrum brautum umhverfis vetrarbrautaþyrpinguna MACS J0647.7+7015. Vegna þyngdarlinsuhrifa sjást þrjár stækkaðar myndir af MACS0647-JD með Hubble. Þyngdartog þyrpingarinnar magnaði ljósið frá vetrarbrautinni fjarlægu og gerði myndir hennar mun bjartari en þær væru annars, þótt þær virðist aðeins smáir punktar á mynd Hubbles.

„Vetrarbrautarþyrpingin gerir það sem enginn manngerður sjónauki er fær um,“ segir Marc Postman (Space Telescope Science Institute í Bandaríkjunum) sem leiðir CLASH hópinn. „Án stækkunarinnar væri það heljarinnar verk að sjá vetrarbrautina.“

Fyrirbærið er svo lítið að það kann að vera á fyrstu stigum myndunar. Mælingar sýna að það er líkast til aðeins um 600 ljósár í þvermál. Til samanburðar má nefna að vetrarbrautin okkar er yfir 100.000 ljósár að þvermáli. Áætlaður massi þessarar barnungu vetrarbrautar er á bilinu 100 milljónir til milljarður sóla, um 0,1% til 1% af massa okkar vetrarbrautar.

„Þetta fyrirbæri gæti verið ein af mörgum byggingareiningum vetrarbrauta,“ útskýrir Dan Coe (Space Telescope Science Institute), aðalhöfundur greinarinnar um rannsóknarinnar. „Á næstu 13 milljörðum ára, gæti það runnið saman við tugi, hundruð eða þúsundir vetrarbrauta eða vetrarbrautabrota.“

Hópurinn varði mörgum mánuðum í að útiloka kerfisbundið aðrar mögulegar skýringar á fyrirbærinu áður en sú ályktun var dregin, að þarna væri fjarlægðarmetið fallið. Þetta er mjög mikilvægt því nálæg fyrirbæri (eins og rauðar stjörnur, brúnir dvergar eða gamlar og rykugar vetrarbrautir) geta líkst mjög fjarlægum vetrarbrautum.

Hubble skoðaði svæðið umhverfis vetrarbrautina í gegnum 17 mismunandi litsíur — sem spanna nær-útfjólubláar yfir í nær-innrauðar bylgjulendir — en vetrarbrautin birtist aðeins í tveimur rauðustu síunum. Það kom heim og saman við vetrarbraut með hátt rauðvik en útilokaði ekki með fullu aðra möguleika. Myndir af vetrarbrautinni á lengri bylgjulengdum sem teknar voru með Spitzer geimsjónaukanum, tóku þó af allan vafa. Væri fyrirbærið í eðli sínu rautt, hefði það birst greinilega á þeim myndum. Þess í stað sást varla nokkuð.

MACS0647-JD er of fjarlæg til að nokkur nútíma sjónauki geti staðfest fjarlægðina með litrófsmælingum [3]. Þrátt fyrir það bendir allt til þess að þessi nýfundna vetrarbraut sé hampi fjarlægðarmetinu.

Vetrarbrautin verður áreiðanlega eitt af viðfangsefnum James Webb geimsjónaukans, sem skotið verður á loft árið 2018. Þá verða áreiðanlega gerðar litrófsmælingar og fjarlægðin þannig metin mjög áreiðanlega.

Skýringar

[1] Rauðvik kemur til af útþenslu alheimsins, sem veldur því að það tognar á öldulengd ljóss sem ferðast gegnum rúmið svo það roðnar. Ljós fyrirbæra með mikið rauðvik er teygðara og þau eru fjarlægari. Það fyrirbæri sem áður gerði tilkall til þessa titils hefur rauðvik 10.3 (heic1103). Nokkur fyrirbæri hafa verið staðfest með rauðvik milli 7 og 9 með hjálp litrófsmælinga, sem gefur traustari niðurstöður (sjá til að mynda eso1041). Þessi nýuppgötvaða vetrarbraut reiknast með rauðvik um 10,8, með 95% vissu um að það liggi milli 10,3 og 11,3.

[2] Nýi methafinn er önnur tveggja fjarlægra vetrarbrauta sem hafa fundist í CLASH verkefninu, 25 stórum vetrarbrautaþyrpingum í mörgum bylgjulengdum með ACS og WFC3 mælitækjum Hubbles. Fyrr á þessu ári tilkynnti CLASH hópurinn um uppgötvun á vetrarbraut sem sést þegar alheimurinn var aðeins um 490 milljón ára (rauðvik 9.6), 70 milljón árum síðar en nýi methafinn. Hingað til hafa rannsóknir verið gerðar á 20 af 25 vetrarbrautarþyrpingum.

[3] Rauðvik er aðeins hægt að mæla nákvæmlega með litrófsmælingum en þá er ljósinu dreift og litir þess skoðaðir nákvæmlega. Rauðvikið má þó meta með samanburði á myndum af fyrirbærinu sem um ræðir gegnum ólíkar ljóssíur. Þá er fyrirbærið aðeins sjáanlegt í sumum síum (enda er rauðvik ljóss þess orðið of mikið til að það sjáist í öllum) og er rauðvikið metið út frá bláustu síunni sem sýnir vetrarbrautina. Meiri óvissa fylgir þessari aðferð (ljósmældu rauðviki) sem notuð er í þessari rannsókn, en hana má nota til að reikna fyrir fjarlægari fyrirbæri en mögulegt er með litrófsmælingum.

Frekari upplýsingar

Hubble geimsjónaukinn er alþjóðlegt samstarfsverkefni NASA og ESA.

Í alþjóðlega teyminu eru Dan Coe (Space Telescope Science Institute, Baltimore í Bandaríkjunum), Adi Zitrin (Institut für Theoretische Astrophysik, Heidelberg í Þýskalandi), Mauricio Carrasco (Institut für Theoretische Astrophysik, Heidelberg í Þýskalandi og Pontifica Universidad Católica de Chile, Santiago í Chile), Xinwen Shu (University of Science and Technology of China, Hefei í Kína), Wei Zheng (Johns Hopkins University, Baltimore í Bandaríkjunum), Marc Postman (Space Telescope Science Institute, Baltimore í Bandaríkjunum), Larry Bradley (Space Telescope Science Institute, Baltimore í Bandaríkjunum), Anton Koekemoer (Space Telescope Science Institute, Baltimore í Bandaríkjunum), Rychard Bouwens (Leiden University í Hollandi), Tom Broadhurst (University of the Basque Country, Bilbao á Spáni og Ikerbasque Basque Foundation for Science, Bilbao á Spáni) Anna Monna (Universitätssternwarter München í München í Þýskalandi), Ole Host (University College London, London í Bretlandi og Dark Cosmology Centre, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen í Danmörku), Leonidas A. Moustakas (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, La Cañada Flintridge í Bandaríkjunum), Holland Ford (Johns Hopkins University, Baltimore í Bandaríkjunum), John Moustakas (Siena College, Loudonville í Bandaríkjunum), Arjen van der Wel (Max Planck Institute for AStronomy, Heidelberg í Þýskalandi), Megan Donahue (Michigan State University, East Lansing í Bandaríkjunum), Steven A. Rodney (Johns Hopkins University, Baltimore í Bandaríkjunum), Narciso Bentez (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Granada á Spáni), Stephanie Jouvel (University College London, London í Bretlandi og Institut de Cincies de l'Espai, Bellaterra (Barcelona) á Spáni), Stella Seitz (Universitätssternwarte München í München í Þýskalandi og Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching í Þýskalandi), Daniel D. Kelson (Carnegie Observatories, Pasadena í Bandaríkjunum), og Piero Rosati (European Southern Observatory, Garching í Þýskalandi)

Sagt er frá þessari rannsókn í greininni „CLASH: Three Strongly Lensed Images of a Candidate z≈11 Galaxy“ sem verður birt í tímaritinu Astrophysical Journal þann 20. desember.

Tenglar

Tengiliður

Ottó Elíasson
Háskóla Íslands
Sími: 663-6867
Email: ottoel@stjornuskodun.is

Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESA/Hubble heic1217

Tengdar myndir

  • vetrarbraut, vetrarbrautaþyrping, MACS0647-JDÁ þessari mynd sést það sem gæti verið fjarlægasta vetrarbraut sem sést hefur í alheiminum hingað til. Vetrarbrautin nefnist MACS0647-JD og er mjög ung og aðeins brot af stærð okkar vetrarbrautar. Við sjáum vetrarbrautina eins og hún leit út 420 milljónum ára eftir Miklahvell þegar alheimurinn var aðeins 3% af núverandi aldri alheims, sem er 13,7 milljarðar ára. Ljós hennar hefur ferðast í 13,3 milljarða ára á leið til jarðar. Á leið sinni til okkar, um 8 milljarða ára eftir að ljósið lagði af stað, tók það sveig eftir nokkrum brautum umhverfis vetrarbrautaþyrpinguna MACS J0647.7+7015. Vegna þyngdarlinsuhrifa sjást þrjár stækkaðar myndir af MACS0647-JD með Hubble. Þyngdartog þyrpingarinnar magnaði ljósið frá vetrarbrautinni fjarlægu og gerði myndir hennar mun bjartari en þær væru annars, þótt þær virðist aðeins smáir punktar á mynd Hubbles. Mynd:NASA, ESA og M. Postman og D. Coe (Space Telescope Science Institute) og CLASH hópurinn
  • vetrarbraut, vetrarbrautaþyrping, MACS0647-JDÁ þessari mynd sést það sem gæti verið fjarlægasta vetrarbraut sem sést hefur í alheiminum hingað til. Vetrarbrautin nefnist MACS0647-JD og er mjög ung og aðeins brot af stærð okkar vetrarbrautar. Vegna þyngdarlinsuhrifa sjást þrjár stækkaðar myndir af MACS0647-JD með Hubble. Þyngdartog þyrpingarinnar magnaði ljósið frá vetrarbrautinni fjarlægu og gerði myndir hennar mun bjartari en þær væru annars, þótt þær virðist aðeins smáir punktar á mynd Hubbles. Mynd:NASA, ESA og M. Postman og D. Coe (Space Telescope Science Institute) og CLASH hópurinn
  • vetrarbraut, vetrarbrautaþyrping, MACS0647-JDÁ þessari mynd sést etrarbrautaþyrpingin MACS J0647.7+7015. Þyngdartog hennar magnar upp ljós frá fjarlægari vetrarbraut á bak við þyrpinguna í því sem kallast þyngdarlinsuhrif. Mynd:NASA, ESA og M. Postman og D. Coe (Space Telescope Science Institute) og CLASH hópurinn