Stjörnufræðingar sjá dimmar vetrarbrautir frá árdögum alheims í fyrsta sinn
Sævar Helgi Bragason
12. júl. 2012
Fréttir
Stjörnufræðingar hafa fundið dimmar, gasríkar vetrarbrautir án stjarna frá árdögum alheimsins í fyrsta sinn
Í fyrsta sinn hafa stjörnufræðingar greint dimmar vetrarbrautir frá árdögum alheimsins. Þessi fyrirbæri — sem eru gasríkar vetrarbrautir án stjarna — marka fyrstu stigin í myndun vetrarbrauta sem kenningar stjörnufræðinga spá fyrir um en hafa aldrei sést fyrr en nú. Með hjálp Very Large Telescope ESO, hefur alþjóðlegum hópi stjörnufræðinga tekist að sjá þessi daufu fyrirbæri með því að greina bjarmann sem þau gefa frá sér þegar dulstirni lýsa þau upp.
Dimmar vetrarbrautir eru litlar, gasríkar vetrarbrautir frá árdögum alheimsins sem eru mjög afkastalitlar við myndun stjarna. Kenningar um myndun vetrarbrauta spá fyrir um þessi fyrirbæri en þau eru talin byggingareiningar þeirra stóru, björtu vetrarbrauta sem við sjáum allt í kringum okkur í dag. Stjörnufræðingar telja þær hugsanlega hafa nært stórar vetrarbrautir með miklu gasi sem síðar varð að stjörnum.
Þessar dimmu vetrarbrautir innihalda svo til engar stjörnur og gefa þess vegna ekki frá sér mikla birtu svo erfitt er að greina þær. Um árabil hafa stjörnufræðingar reynt að þróa nýja tækni til að staðfesta tilvist þessara fyrirbæra en vísbendingar um tilvist þeirra hafa komið fram sem litlar gleypilínur í litrófum fjarlægra ljóslinda. Með þessari nýju rannsókn hafa fyrirbærin sést með beinum hætti í fyrsta sinn.
„Til að greina dimma vetrarbraut þurftum við einfaldlega að varpa björtu ljósi á hana“ segir Simon Lilly (ETH-Zurich í Sviss), meðhöfundur greinar um rannsóknina. „Við leituðum að gasi sem flúrljómast í dimmu vetrarbrautunum þegar útfjólublátt ljós frá nálægu og mjög björtu dulstirni lýsir það upp. Ljós dulstirnisins lýsir þannig upp dimmu vetrarbrautina með svipuðum hætti og útfjólublátt ljós lýsir upp ljósan fatnað.“ [1]
Hópurinn færði sér í nyt stóran safnspegil og einstaka næmni Very Large Telescope (VLT), auk fjölda ljósmynda sem teknar voru á mjög löngum tíma svo greina mætti flúrljómaða gasið í dimmu vetrarbrautunum. Stjörnufræðingarnir notuðu FORS2 mælitækið til að kortleggja svæði á himninum í kringum dulstirnið [2] HE 0109-3518 í leit að útfjólubláu ljósi sem vetnisgas gefur frá sér þegar það verður fyrir mikilli og sterkri geislun. Vegna útþenslu alheimsins hefur þetta ljós á sér fjólubláan blæ þegar það berst til jarðar. [3]
„Eftir nokkurra ára tilraunir til að greina flúrljómun dimmu vetrarbrautanna, sýna niðurstöður okkar þá möguleika sem aðferðin okkar hefur upp á að bjóða, til að finna og rannsaka þessi heillandi og áður óséðu fyrirbæri“ segir Sebastiano Cantalupo (Kaliforníuháskóla í Santa Cruz) sem hafði umsjón með rannsóknni.
Stjörnufræðingarnir fundu næstum 100 gasþokur í innan við nokkurra milljóna ljósára fjarlægð frá dulstirninu. Með því að útiloka fyrirbæri sem gáfu frá sér geislun af völdum stjörnumyndunar, en voru ekki lýst upp af dulstirninu, tókst þeim að fækka hugsanlegum fyrirbærum niður í tólf. Þessi fyrirbæri eru bestu sönnunargögnin fyrir dimmum vetrarbrautum frá árdögum alheimsins sem fengist hafa hingað til.
Stjörnufræðingarnir gátu líka áttað sig á eiginleikum nokkurra dimmu vetrarbrautanna. Þeir áætluðu að massi gassins í þeim sé um 1 milljarður sólmassa sem er dæmigert fyrir gasríkar lágmassavetrarbrautir snemma í sögu alheimsins. Þeir áætluðu einnig að stjörnumyndun í þeim er hundrað sinnum minni en í dæmigerðum stjörnumyndandi vetrarbrautum sem sjást á svipuðum tíma í sögu alheimsins [4].
„Mælingar okkar með VLT hafa fært okkur sönnunargögn fyrir tilvist þéttra og einangraðra dimmra skýja. Með rannsókninni höfum við stigið mikilvægt skref í átt til þess að skilja fyrstu stig myndunar vetrarbrauta og hvernig vetrarbrautir söfnuðu sér gasi“ segir Sebastiano Cantalupo að lokum.
Heildarsviðs-litrófsritinn MUSE, sem komið verður fyrir á VLT árið 2013, verður einstaklega öflugt tól til að rannsaka þessi fyrirbæri.
Skýringar
[1] Við flúrljómun gefur efni, sem ljósuppspretta lýsir upp, frá sér sitt eigið ljós. Í flestum tilikum hefur þetta ljós lengri bylgjulengd en uppsprettan. Til dæmis breyta flúrljósalampar útfjólublárri geislun — sem við sjáum ekki — í sýnilegt ljós. Flúrljómun er náttúruleg í ýmsum efnum, til dæmis í bergi og steindum, en er líka hægt að bæta í efni eins og þvottaefni sem eiga að gera hvít föt ljósari við venjulega birtu.
[2] Dulstirni eru mjög bjartar og fjarlægar vetrarbrautir sem taldar eru knúnar áfram af risasvartholum í miðju þeirra. Birtan gerir þau að mjög öflugum kastljósum sem geta lýst upp svæðið í kring og þannig gert okkur kleift að rannsaka skeiðið þegar fyrstu stjörnurnar og vetrarbrautirnar voru að myndast úr frumstæðu gasi.
[3] Þessi útgeislun vetnis kallast Lyman-alfa geislun og verður til þegar rafeindir í vetnisatómum falla úr næst lægsta orkustigi niður í það lægsta. Þetta er tegund útfjólublás ljóss. Vegna útþenslu alheimsins teygist á bylgjulengd ljóssins þegar það ferðast um geiminn. Því lengra sem ljósið ferðast, því meira hefur teygst á bylgjulengdinni. Af því ljósi sem við sjáum með eigin augum hefur rauður litur lengsta bylgjulengd. Þetta ferli er því bókstaflega færsla bylgjulengdar í átt að rauða enda litrófsins og kallast þess vegna rauðvik, Dulstirnið HE 0109-3518 hefur rauðvikið z = 2,4 sem segir okkur til um fjarlægðina og að útfjólubláa ljósið frá dimmu vetrarbrautunum hefur færst inn á sýnilega sviðið. Mjóbandssía var hönnuð sérstaklega til að einangra þá tilteknu bylgjulengd sem flúrljómaða ljósið hefur færst yfir á vegna rauðviks. Sían hleypir í gegn 414,5 nanómetra bylgjulengd til að fanga Lyman-alfa geislun með rauðvik z = 2,4 (samsvarar fjólubláum lit) og hefur aðeins 4 nanómetra bandvídd.
[4] Afköst stjörnumyndunar eru metin út frá massa nýmyndaðra stjarna miðað við þann gasmassa sem til er í nýjar stjörnur. Í ljós kom að þessi fyrirbæri þyrftu meira en 100 milljarða ára til að breyta öllu gasinu sínu í stjörnur. Niðurstöðurnar koma heim og saman við nýlega fræðilega úttekt sem bendir til að stjörnumyndun í gasskýjum með lítinn massa við hátt rauðvik, sé mjög afkastalítil vegna lægra málmamagns.
Frekari upplýsingar
Sagt er frá þessari rannsókn í greininni „Detection of dark galaxies and circum-galactic filaments fluorescently illuminated by a quasar at z=2.4“ eftir Cantalupo et al. sem birtist í Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Hópurinn samanstendur af Sebastiano Cantalupo (Kaliforníuháskóla í Santa Cruz í Bandaríkjunum), Simon J. Lilly (ETH Zurich í Sviss) og Martin G. Haehnelt (Kavli stofnunni í heimsfræði í Cambridge í Bretlandi).
Árið 2012 fagnar European Southern Observatory (ESO), stjörnustöð Evrópulanda á suðurhveli, fimmtíu ára afmæli sínu. ESO 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
Farsími: +354-896-1984
Tölvupóstur: [email protected]
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1228.
Tengdar myndir
Þessi djúpmynd sýnir svæði á himninum í kringum dulstirnið HE 0109-3518. Dulstirnið er við miðja mynd. Orkurík geislun þess veldur því að dimmu vetrarbrautirnar glóa sem hjálpar stjörnufræðingar að skilja þetta snemmabúna stig í myndun vetrarbrauta. Í þessari mynd hefur mælingum frá Very Large Telescope, sem var ætlað að greina flúrljómun dimmu vetrarbrautanna af völdum dulstirnisins, verið blandað saman við litagögn frá Digitized Sky Survey 2. Mynd: ESO, Digitized Sky Survey 2 and S. Cantalupo (UCSC)
Þessi djúpmynd sýnir svæði á himninum í kringum dulstirnið HE 0109-3518. Dulstirnið er við miðja mynd. Orkurík geislun þess veldur því að dimmu vetrarbrautirnar glóa sem hjálpar stjörnufræðingar að skilja þetta snemmabúna stig í myndun vetrarbrauta. Daufar myndir af bjarmanum frá tólf dimmum vetrarbrautum eru merktar með bláum hringjum. Mynd: ESO, Digitized Sky Survey 2 and S. Cantalupo (UCSC)
Þessi mynd sýnir tólf nærmyndir af dimmum vetrarbrautum. Þær eru svo til snauðar stjörnum og sæjust venjulega ekki með sjónaukum. Hins vegar lýsir sterkt ljós frá nálægu dulstirni þær upp og gerir þær sýnilegar fyrir VLT. Mynd: ESO, Digitized Sky Survey 2 and S. Cantalupo (UCSC)
Krakkavæn útgáfa
Stjörnufræðingar sjá dimmar vetrarbrautir frá árdögum alheims í fyrsta sinn
Sævar Helgi Bragason 12. júl. 2012 Fréttir
Stjörnufræðingar hafa fundið dimmar, gasríkar vetrarbrautir án stjarna frá árdögum alheimsins í fyrsta sinn
Í fyrsta sinn hafa stjörnufræðingar greint dimmar vetrarbrautir frá árdögum alheimsins. Þessi fyrirbæri — sem eru gasríkar vetrarbrautir án stjarna — marka fyrstu stigin í myndun vetrarbrauta sem kenningar stjörnufræðinga spá fyrir um en hafa aldrei sést fyrr en nú. Með hjálp Very Large Telescope ESO, hefur alþjóðlegum hópi stjörnufræðinga tekist að sjá þessi daufu fyrirbæri með því að greina bjarmann sem þau gefa frá sér þegar dulstirni lýsa þau upp.
Dimmar vetrarbrautir eru litlar, gasríkar vetrarbrautir frá árdögum alheimsins sem eru mjög afkastalitlar við myndun stjarna. Kenningar um myndun vetrarbrauta spá fyrir um þessi fyrirbæri en þau eru talin byggingareiningar þeirra stóru, björtu vetrarbrauta sem við sjáum allt í kringum okkur í dag. Stjörnufræðingar telja þær hugsanlega hafa nært stórar vetrarbrautir með miklu gasi sem síðar varð að stjörnum.
Þessar dimmu vetrarbrautir innihalda svo til engar stjörnur og gefa þess vegna ekki frá sér mikla birtu svo erfitt er að greina þær. Um árabil hafa stjörnufræðingar reynt að þróa nýja tækni til að staðfesta tilvist þessara fyrirbæra en vísbendingar um tilvist þeirra hafa komið fram sem litlar gleypilínur í litrófum fjarlægra ljóslinda. Með þessari nýju rannsókn hafa fyrirbærin sést með beinum hætti í fyrsta sinn.
„Til að greina dimma vetrarbraut þurftum við einfaldlega að varpa björtu ljósi á hana“ segir Simon Lilly (ETH-Zurich í Sviss), meðhöfundur greinar um rannsóknina. „Við leituðum að gasi sem flúrljómast í dimmu vetrarbrautunum þegar útfjólublátt ljós frá nálægu og mjög björtu dulstirni lýsir það upp. Ljós dulstirnisins lýsir þannig upp dimmu vetrarbrautina með svipuðum hætti og útfjólublátt ljós lýsir upp ljósan fatnað.“ [1]
Hópurinn færði sér í nyt stóran safnspegil og einstaka næmni Very Large Telescope (VLT), auk fjölda ljósmynda sem teknar voru á mjög löngum tíma svo greina mætti flúrljómaða gasið í dimmu vetrarbrautunum. Stjörnufræðingarnir notuðu FORS2 mælitækið til að kortleggja svæði á himninum í kringum dulstirnið [2] HE 0109-3518 í leit að útfjólubláu ljósi sem vetnisgas gefur frá sér þegar það verður fyrir mikilli og sterkri geislun. Vegna útþenslu alheimsins hefur þetta ljós á sér fjólubláan blæ þegar það berst til jarðar. [3]
„Eftir nokkurra ára tilraunir til að greina flúrljómun dimmu vetrarbrautanna, sýna niðurstöður okkar þá möguleika sem aðferðin okkar hefur upp á að bjóða, til að finna og rannsaka þessi heillandi og áður óséðu fyrirbæri“ segir Sebastiano Cantalupo (Kaliforníuháskóla í Santa Cruz) sem hafði umsjón með rannsóknni.
Stjörnufræðingarnir fundu næstum 100 gasþokur í innan við nokkurra milljóna ljósára fjarlægð frá dulstirninu. Með því að útiloka fyrirbæri sem gáfu frá sér geislun af völdum stjörnumyndunar, en voru ekki lýst upp af dulstirninu, tókst þeim að fækka hugsanlegum fyrirbærum niður í tólf. Þessi fyrirbæri eru bestu sönnunargögnin fyrir dimmum vetrarbrautum frá árdögum alheimsins sem fengist hafa hingað til.
Stjörnufræðingarnir gátu líka áttað sig á eiginleikum nokkurra dimmu vetrarbrautanna. Þeir áætluðu að massi gassins í þeim sé um 1 milljarður sólmassa sem er dæmigert fyrir gasríkar lágmassavetrarbrautir snemma í sögu alheimsins. Þeir áætluðu einnig að stjörnumyndun í þeim er hundrað sinnum minni en í dæmigerðum stjörnumyndandi vetrarbrautum sem sjást á svipuðum tíma í sögu alheimsins [4].
„Mælingar okkar með VLT hafa fært okkur sönnunargögn fyrir tilvist þéttra og einangraðra dimmra skýja. Með rannsókninni höfum við stigið mikilvægt skref í átt til þess að skilja fyrstu stig myndunar vetrarbrauta og hvernig vetrarbrautir söfnuðu sér gasi“ segir Sebastiano Cantalupo að lokum.
Heildarsviðs-litrófsritinn MUSE, sem komið verður fyrir á VLT árið 2013, verður einstaklega öflugt tól til að rannsaka þessi fyrirbæri.
Skýringar
[1] Við flúrljómun gefur efni, sem ljósuppspretta lýsir upp, frá sér sitt eigið ljós. Í flestum tilikum hefur þetta ljós lengri bylgjulengd en uppsprettan. Til dæmis breyta flúrljósalampar útfjólublárri geislun — sem við sjáum ekki — í sýnilegt ljós. Flúrljómun er náttúruleg í ýmsum efnum, til dæmis í bergi og steindum, en er líka hægt að bæta í efni eins og þvottaefni sem eiga að gera hvít föt ljósari við venjulega birtu.
[2] Dulstirni eru mjög bjartar og fjarlægar vetrarbrautir sem taldar eru knúnar áfram af risasvartholum í miðju þeirra. Birtan gerir þau að mjög öflugum kastljósum sem geta lýst upp svæðið í kring og þannig gert okkur kleift að rannsaka skeiðið þegar fyrstu stjörnurnar og vetrarbrautirnar voru að myndast úr frumstæðu gasi.
[3] Þessi útgeislun vetnis kallast Lyman-alfa geislun og verður til þegar rafeindir í vetnisatómum falla úr næst lægsta orkustigi niður í það lægsta. Þetta er tegund útfjólublás ljóss. Vegna útþenslu alheimsins teygist á bylgjulengd ljóssins þegar það ferðast um geiminn. Því lengra sem ljósið ferðast, því meira hefur teygst á bylgjulengdinni. Af því ljósi sem við sjáum með eigin augum hefur rauður litur lengsta bylgjulengd. Þetta ferli er því bókstaflega færsla bylgjulengdar í átt að rauða enda litrófsins og kallast þess vegna rauðvik, Dulstirnið HE 0109-3518 hefur rauðvikið z = 2,4 sem segir okkur til um fjarlægðina og að útfjólubláa ljósið frá dimmu vetrarbrautunum hefur færst inn á sýnilega sviðið. Mjóbandssía var hönnuð sérstaklega til að einangra þá tilteknu bylgjulengd sem flúrljómaða ljósið hefur færst yfir á vegna rauðviks. Sían hleypir í gegn 414,5 nanómetra bylgjulengd til að fanga Lyman-alfa geislun með rauðvik z = 2,4 (samsvarar fjólubláum lit) og hefur aðeins 4 nanómetra bandvídd.
[4] Afköst stjörnumyndunar eru metin út frá massa nýmyndaðra stjarna miðað við þann gasmassa sem til er í nýjar stjörnur. Í ljós kom að þessi fyrirbæri þyrftu meira en 100 milljarða ára til að breyta öllu gasinu sínu í stjörnur. Niðurstöðurnar koma heim og saman við nýlega fræðilega úttekt sem bendir til að stjörnumyndun í gasskýjum með lítinn massa við hátt rauðvik, sé mjög afkastalítil vegna lægra málmamagns.
Frekari upplýsingar
Sagt er frá þessari rannsókn í greininni „Detection of dark galaxies and circum-galactic filaments fluorescently illuminated by a quasar at z=2.4“ eftir Cantalupo et al. sem birtist í Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Hópurinn samanstendur af Sebastiano Cantalupo (Kaliforníuháskóla í Santa Cruz í Bandaríkjunum), Simon J. Lilly (ETH Zurich í Sviss) og Martin G. Haehnelt (Kavli stofnunni í heimsfræði í Cambridge í Bretlandi).
Árið 2012 fagnar European Southern Observatory (ESO), stjörnustöð Evrópulanda á suðurhveli, fimmtíu ára afmæli sínu. ESO 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
Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1228.University of Iceland
Reykjavík, Iceland
Farsími: +354-896-1984
Tölvupóstur: [email protected]
Tengdar myndir
Krakkavæn útgáfa