Hubble rannsakar uppruna vetrarbrauta nútímans

Stjörnufræðingar sjá raunverulega lögun vetrarbrauta 11 milljarða ára aftur í tímann

Sævar Helgi Bragason 15. ágú. 2013 Fréttir

Stjörnufræðingar hafa notað gögn frá Hubble til að kanna stærðir, gerðir og liti fjarlægra vetrarbrauta og komist að því að Hubblesflokkunin gilti líka fyrir um 11 milljörðum ára.

  • Hubbleskvíslinn, Hubblesflokkunin, vetrarbrautir

Stjörnufræðingar hafa notað gögn frá Hubble úr CANDLES rannsókninni, til að kanna stærðir, gerðir og liti fjarlægra vetrarbrauta síðustu 80% af aldri alheims. Í dag eru vetrarbrautirnar af ýmsum stærðum og gerðum og eru flokkaðar samkvæmt Hubblesflokkunin. Í ljós hefur komið að röðin gilti líka fyrir um 11 milljörðum ára síðan.

Hubblesflokkunin (eða tónkvísl Hubbles eins og flokkunarkerfið er stundum nefnt) flokkar vetrarbrautir eftir útliti þeirra og stjörnumyndun svo úr verður flóra þyril-, sporöskju og óreglulegra vetrarbrauta með iðandi örmum, óljósum hjúpum og björtum miðbungum. Tvenns konar gerðir eru helstar; sporöskju- og þyrilvetrarbrautir, ásamt með þriðju gerðinni, linsuþokum sem er einhverskonar millistig.

Þetta lýsir nákvæmlega því hvað sést í geimnum umhverfis okkur, en hvernig breytist gerð vetrarbrautanna þegar við skyggnumst aftur í tímann?

„Þetta er lykilspurning: Hvenær og á hvaða tímakvarða myndaðist tónkvísl Hubbles?“, segir BoMee Lee við University of Massachusetts, aðalhöfundur nýrrar greinar sem fæst við könnun flokkunarkerfisins. „Þarfnastu þessa til að horfa á fjarlægar vetrarbrautir og bera þær saman við nákomna ættingja og sjá hvort þeim megi lýsa á sama hátt“.

Stjörnufræðingar notuðu Hubble til að horfa 11 milljarða ára aftur í tímann, til þess tíma þegar alheimurinn var ungur, með því að skoða uppbyggingu fjarlægra vetrarbrauta.

Áður var vitað fyrir víst að tónkvísl Hubbles var rétt lýsing á gerð vetrarbrauta í alheiminum í um 8 milljarða ára aftur í tímann [1]. Þessar nýju athuganir færa mörkin aftur um 2,5 milljarða ára og spanna þar með um 80% af aldri alheims. Fyrri rannsóknir náðu einnig inn á þessa tíma í sögu alheims til að rannsaka lágmassa-vetrarbrautir en litu þá ekki til stórra fullþroskaðra vetrarbrauta eins og vetrarbrautina okkar. CANDLES rannsóknin staðfestir að allar vetrarbrautir þetta langt aftur í tímann — stórar og litlar — passa inn í myndina.

„Þetta er eina almennilega yfirgripsmikla rannsóknin til dagsins í dag sem spannar þessar stóru vetrarbrautir sem voru til svo langt aftur í tímann,“ segir meðhöfundurinn Arjen van der Wel við Max Planck stofnunina í Heidelberg í Þýskalandi. „Vetrarbrautirnar virðast merkilega þroskaðar, sem vetrarbrautarlíkön spá ekki fyrir um, svo snemma í sögu alheims“.

Vetrarbrautirnar virðast á þessum stundum vera klofnar í bláar stjörnumyndandi vetrarbrautir, með flókna gerð, með miklum skífum, miðbungum og kekkjum — og miklum rauðum vetrarbrautum sem mynda ekki lengur stjörnur, eins og sjást nálægt okkur í alheimi [2].

Vetrarbrautir álíka stórar og vetrarbrautin eða jafnvel stærri, eru tiltölulega fátíðar í hinum unga alheimi. Það hve sjaldgæfar þær eru, hefur hindrað fyrri rannsóknir í að taka saman nægilega stórt safn vetrarbrauta til að lýsa einkennum þeirra.

Þessi nýja rannsókn kafar inn í CANDLES athuganir Hubblessjónaukans sem hefur nægjanlega stórt þýði til að stjörnufræðingar geti greint stærra safn vetrarbrauta en áður af mikilli nákvæmni [3]. Með Wide Field Camera 3 (WFC3) myndavél Hubblessjónaukans gátu stjörnufræðingar kannað innrauða hluta litrófsins til að skoða hvernig vetrarbrautir birtast í kyrrstöðukerfi sínu [4]. Þá er auðveldara að bera þær saman við vetrarbrautir í nágrenni okkar.

„Hið gríðarstóra gagnasafn CANDLES hentaði mjög vel til að rannsaka fornar vetrarbrautir í ungum alheimi,“ segir Lee. „Skerpan og næmni WFC3 myndavélar Hubbles ber af á innrauðum bylgjulengdum sem er nauðsynleg í þessum rannsóknum. Tónkvísl Hubbles liggur til grundvallar á ýmsu sem við vitum um myndun og þróun vetrarbrauta — og að átta sig á því að það gildir enn svo langt aftur í tímann er mikilvæg uppgötvun.“

Skýringar

[1] Fyrri rannsóknir hafa litið til hlutfalla ólíkra gerða vetrarbrauta á fyrri tíð (heic1002). Blanda þyril-, sporvölu-, linsu- og afbrigðilegra vetrarbrauta er ólík því sem hún er í dag. Afbrigðilegar vetrarbrautir voru mun tíðari fyrr á tímum en nú.

[2] Í nýlegri tengdri grein tóku Alice Mortlock og samstarfsmenn aðra nálgun en flokkuðu fjarlægar vetrarbrautir sjónrænt eftir útliti. Þau fundu út að þær gerðir vetrarbrauta sem við sjáum í röðinni eru vel skilgreindar eftir lit, byggingu og stjörnumyndun út í mikla fjarlægð en gerð þeirra er enn í mótun. Formgerð vetrarbrauta kann að vera síðasta atriðið sem bætist í flokkinn, en grundvallaratriðin mótast mun fyrr.

[3] CANDLES (Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey) er stærsta verkefni í sögu Hubblessjónaukans. Verkið er unnið með tveimur myndavélum í sjónaukanum — WFC3 og ACS — og gengur út á rannsóknir á vetrarbrautum í hinum unga alheimi og fyrstu fræjum stórgerðar alheims innan við milljarði ára eftir Miklahvell.

[4] Af fyrri rannsóknum á þessu tímabili í alheimssögunni mátti draga litlar ályktanir því þær takmörkuðust við sýnilegt ljós og sýna aðeins rauðvik útfjólublás ljóss sem dregur fram stjörnumyndun. Þegar stjörnumyndunin réð athugunum, virtust vetrarbrautirnar kekkjóttar og á rúi og stúi og samsvöruðu á engan hátt þeim gerðum vetrarbrauta sem við sjáum í kringum okkur í dag. Með því að fikra okkur inn í innrauða hluta litrófsins geta stjörnufræðingar kannað hvernig þessar fjarlægu vetrarbrautir birtast í kyrrstöðuramma (sem hefur roðnað vegna rauðviks).

Hubblessjónaukinn er alþjólegt samstarfsverkefni NASA og ESA.

Niðurstöðum rannsóknanna er lýst í greininni: „CANDELS: The correlation between galaxy morphology and star formation activity as Z~2“, sem birtist brátt í Astrophysical Journal.

Tengiliður

Ottó Elíasson
Stjörnufræðivefnum
Dalvíkurútibú
Sími: 663 6867
Tölvupóstur: ottoel@stjornuskodun.is

Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESA/Hubble heic1315

Tengdar myndir

  • Hubbleskvíslinn, vetrarbrautir, HubblesflokkunMyndin sýnir sneiðar af alheimi á ólíkum tímum. Við sjáum hvernig ásýnd vetrarbrauta breytist þegar við förum aftur í tímann. Lögunin er eins og tónkvíslar, sem skýrir og aðskilur vetrarbrautir eftir formgerð í þyril- (S), sporvölu- (E) og linsuþokur (S0). Til vinstri eru sporvöluþokur, í miðjunni eru linsuþokur og þyrilþokurnar klofna til hægri upp í þær sem eru með eða án bjálka í miðjunni. Alheimurinn í dag er fullur af stórum, vel mynduðum vetrarbrautum. Þegar við færum okkur aftar, minnka þær og virðast ekki eins þroskaðar, enda eru þær enn í mótun. Mynd: NASA, ESA, M. Kornmesser
  • Hubbleskvíslinn, vetrarbrautir, HubblesflokkunMyndin er sneið af alheimi í dag. Lögunin er einsog tónkvíslar, sem skýrir og aðskilur vetrarbrautir eftir formgerð í þyril (S), sporvölu (E) og linsuþokur (S0). Til vinstri eru sporvöluþokur, í miðjunni eru linsuþokur og þyrilþokurnar klofna til hægri uppí þær sem eru með eða án bjálka í miðjunni. Mynd: NASA, ESA, M. Kornmesser
  • Hubbleskvíslinn, vetrarbrautir, HubblesflokkunMyndin er sneið af alheimi, 4 milljaða ára aftur í tímann. Lögunin er einsog tónkvíslar, sem skýrir og aðskilur vetrarbrautir eftir formgerð í þyril- (S), sporvölu- (E) og linsuþokur (S0). Til vinstri eru sporöskjuþokur, í miðjunni eru linsuþokur og þyrilþokurnar klofna til hægri uppí þær sem eru með eða án bjálka í miðjunni. Vetrarbrautirnar í þessari fjarlægð eru litlar og ekki fyllilega myndaðar, en hafa ljósan lit og gerð. Mynd: NASA, ESA, M. Kornmesser
  • Hubbleskvíslinn, vetrarbrautir, HubblesflokkunMyndin er sneið af alheimi, 11 milljaða ára aftur í tímann. Lögunin er einsog tónkvíslar, sem skýrir og aðskilur vetrarbrautir eftir formgerð í þyril (S), sporöskju (E) og linsuþokur (S0). Til vinstri eru sporöskjuþokur, í miðjunni eru linsuþokur og þyrilþokurnar klofna til hægri uppí þær sem eru með eða án bjálka í miðjunni. Vetrarbrautirnar í þessari fjarlægð eru litlar og enn í mótun. Mynd: NASA, ESA, M. Kornmesser