Nejpodrobnější obraz vzdáleného vesmíru

ESO 022/15 tisková zpráva

Pozorování Einsteinova prstence pomocí radioteleskopu ALMA odhalilo mimořádné detaily ve vzdálené galaxii

V rámci pozorovací kampaně radioteleskopu ALMA v konfiguraci s dlouhou základnou vznikly mimořádně detailní záběry velmi vzdálené galaxie zobrazené pomocí gravitační čočky. Snímek zachycuje zvětšený pohled na oblasti s probíhajícím vznikem hvězd, které se u takto vzdálené galaxie dosud nepodařilo pozorovat ve srovnatelných detailech. Získaná data mají mnohem vyšší rozlišení než záběry získávané ve viditelném světle pomocí kosmického dalekohledu HST (NASA/ESA Hubble Space Telescope). V galaxii odhalují shluky s probíhající hvězdotvorbou, které jsou srovnatelné například s Velkou mlhovinou v Orionu v naší Galaxii.

V rámci pozorovací kampaně radioteleskopu ALMA v konfiguraci s dlouhou základnou (ALMA’s Long Baseline Campaign) byla pořízena řada mimořádně kvalitních pozorování objektů blízkého i vzdáleného vesmíru a podařilo se tak získat informace s bezprecedentním rozlišením. Uvedená pozorování byla provedena na konci roku 2014 a zaměřila se na vzdálenou galaxii s označením SDP.81 (HATLAS J090311.6+003906). Světlo přicházející z této galaxie je ovlivňováno efektem gravitační čočky. Velká galaxie ležící mezi SDP.81 a námi [1] se chová jako skutečná obří čočka, zakřivuje paprsky přicházející z ještě vzdálenějších objektů a vytváří téměř dokonalý případ jevu známého jako Einsteinův prsten [2]. 

Data získaná při pozorování galaxie SDP.81 pomocí radioteleskopu ALMA nezávisle analyzovala prozatím šestice vědeckých týmů [3]. Následná smršť vědeckých prací poskytla o této galaxii dosud nevídaně podrobné informace – podařilo se odhalit strukturu, složení i pohyb hmoty v galaxii a další fyzikální parametry.

Radiotreleskop ALMA pracuje jako interferometr. Celé pole mnoha antén pracuje v dokonalé synchronizaci a sbírá světlo jako jeden obří teleskop [4]. Výsledkem jsou nové snímky galaxie SDP.81, které mají 6krát lepší [5] rozlišení, než pozorování získávaná v blízké infračervené oblasti pomocí kosmického dalekohledu HST (NASA/ESA Hubble Space Telescope).

Sofistikované modely, díky kterým astronomové mohli opravit získaný obraz galaxie o zkreslení způsobené gravitační čočkou, odhalily jemnou dosud nepozorovanou strukturu galaxie SDP.81. Dominují zde prachové oblaky, o kterých se předpokládá, že jsou rovněž obřími zásobníky chladného molekulárního plynu – jedná se tedy o možná místa zrodu hvězd a planet.

Snímek vlevo zachycuje čočkující mezilehlou galaxie pozorovanou pomocí dalekohledu HST a galaxii zobrazenou gravitační čočkou do podoby téměř úplného ale sotva patrného Einsteinova prstenu. Prostřední snímek zachycuje detailní záběr Einsteinova prstenu získaný pomocí ALMA. (Mezilehlá galaxie je na těchto vlnových délkách nepozorovatelná.) Snímek vpravo zachycuje rekonstruovaný obraz vzdálené galaxie. Sofistikované modely astronomů, díky kterým bylo možné opravit získaný obraz galaxie o zkreslení způsobené gravitační čočkou, odhalily jemnou dosud nepozorovanou strukturu galaxie SDP.81. Dominují zde prachové oblaky, o kterých se předpokládá, že jsou rovněž obřími zásobníky chladného molekulárního plynu – jedná se tedy o možná místa zrodu hvězd a planet.

Díky detailnímu pozorování pomocí ALMA mohou astronomové v této galaxii spatřit shluky s probíhajícím vznikem hvězd až do velikosti stovek světelných let. Je to podobné, jako by pozorovali větší verze známé Mlhoviny v Orionu, které však produkují 1000krát více hvězd a navíc leží na opačné straně vesmíru. Vůbec poprvé se podařilo pozorovat tento jev v tak mimořádně velké vzdálenosti. 

„Snímek zrekonstruovaný na základě pozorování pomocí ALMA je prostě úchvatný,“ říká rob Ivison, spoluautor dvojice článků a vědecký ředitel ESO (ESO’s Director for Science). „Obrovská sběrná plocha radioteleskopu ALMA, velká vzdálenost antén a stabilní podmínky v poušti Atacama umožnily pořídit mimořádně kvalitní snímky i spektra. To znamená, že jsme získali pozorování s velkým rozlišením, ale zároveň informace o tom, jak se hmota v jednotlivých částech galaxie pohybuje. Nyní můžeme zkoumat galaxie na opačném konci vesmíru, sledovat jak se spojují a přitom vytvářejí obrovské množství hvězd. A to je věc, kvůli které stojí zato ráno vstát.“

Díky spektrálním informacím získaným pomocí ALMA astronomové mohli rovněž změřit, jak tato vzdálená galaxie rotuje, a to jim umožnilo odhadnout její hmotnost. Data ukázala, že plyn v galaxii je v nestabilním stavu a že shluky dále kolabují, vzniknou tak patrně další nové obří oblasti, ve kterých se budou vytvářet nové hvězdy.  

Bez zajímavosti není ani fakt, že modelování efektu gravitační čočky naznačuje přítomnost superhmotné černé díry ve středu mezilehlé galaxie [6]. Centrální části galaxie SDP.81 jsou natolik slabé, že je není možné v datech odhalit, což by se dalo vysvětlit přítomností supermasivní černé díry o hmotnosti 200-300 milionů Sluncí uprostřed mezilehlé čočkující galaxie.

Počet vědeckých prací publikovaných na základě dat z tohoto jednoho pozorování pomocí radioteleskopu ALMA jasně demonstruje nadšení, které mezi vědci vzbudil potenciál ukrytý ve vysokém rozlišení a sběrné ploše tohoto přístroje. Ukazuje také, jakým způsobem ALMA astronomům umožní učinit další objevy v letech následujících. Tato pozorování zcela jistě ale přinesou mnoho nových otázek týkajících se původu vzdálených galaxií.

Zdroj

Poznámky

[1] Galaxii zobrazenou gravitační čočkou vidíme tak, jak vypadala v době, kdy stáří vesmíru bylo jen 15% procent současného věku, tady 2,4 miliardy let po velkém třesku. Světlu tedy trvalo 11,4 miliardy let, než doletělo až k nám. Přitom však prolétlo kolem bližší galaxie vzdálené 4 miliardy světelných let. 

[2] gravitační čočky předpověděl Albert Einstein v rámci obecné teorie relativity, která říká, že objekty zakřivují prostor a čas kolem sebe. Světlo, které prochází takto pokřiveným prostoročasem, sleduje zakřivení způsobené přítomností tělesa. To umožňuje hmotným objektům – v tomto případě galaxiím – chovat se jako obří kosmická lupa. Eisteinův prsten je speciálním případem tohoto jevu, při kterém jsou Země, mezilehlá galaxie a vzdálený objekt uspořádány natolik přesně, že dochází k rovnoměrnému zkreslení obrazu do podoby kruhu. Jev demonstruje Video A.

[3] Členové jednotlivých vědeckých týmů jsou jmenováni níže.

[4] ALMA je schopná pozorovat s nejvyšším rozlišením v okamžiku, kdy jsou antény nejdále od sebe (ve vzdálenosti až 15 km). Dřívější pozorování provedená radioteleskopem ALMA v kompaktnější konfiguraci s anténami ve vzdálenosti 500 m je možné prohlédnout v TZ eso1313.

[5] V datech je možné najít nejjemnější detaily s úhlovým rozměrem 0,023“ (tedy 23 marcs). Galaxii pozoroval rovněž dalekohled HST v oboru blízkého infračerveného záření, přičemž dosažené rozlišení bylo 0,16“. Je však potřeba říci, že HST byl primárně navržen pro práci s kratšími vlnovými délkami viditelného světla, v případě blízkého ultrafialového oboru je schopen dosáhnout rozlišení 0,022“. Rozlišení radioteleskopu ALMA je možné nastavit v závislosti na potřebách konkrétního pozorování, a to rozmístěním antén na větší či menší vzdálenost. Pro tato pozorován byla použita konfigurace s největší vzdáleností antén.  

[6] Data z ALMA s velmi vysokým rozlišením vědcům umožňují hledat rovněž centrální část vzdálené galaxie, která by měla být pozorovatelná ve středu Einsteinova prstenu. Pokud mezilehlá galaxie má ve svém středu supermasivní černou díru, je středový obraz slabý a čím je slabší, tím hmotnější je černá díra.

Další informace

Výzkum byl prezentován v sedmi článcích, které budou publikovány zanedlouho. Složení jednotlivých týmů je uvedeno:
http://arxiv.org/abs/1503.07605
Yoichi Tamura (The University of Tokyo), Masamune Oguri (The University of Tokyo), Daisuke Iono (National Astronomical Observatory of Japan/SOKENDAI), Bunyo Hatsukade (National Astronomical Observatory of Japan), Yuichi Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan/SOKENDAI), and Masao Hayashi (National Astronomical Observatory of Japan).

http://arxiv.org/abs/1503.08720
Simon Dye (University of Nottingham), Christina Furlanetto (University of Nottingham; CAPES Foundation, Ministry of Education of Brazil, Brazil), Mark Swinbank (Durham University), Catherine Vlahakis (Joint ALMA Observatory, Chile; ESO, Chile), James Nightingale (University of Nottingham), Loretta Dunne (University of Canterbury, New Zealand; Institute for Astronomy [IfA], Royal Observatory Edinburgh), Steve Eales (Cardiff University), Ian Smail (Durham), Ivan Oteo-Gomez (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Todd Hunter (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA), Mattia Negrello (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Vicolo Osservatorio, Padova, Italy), Helmut Dannerbauer (Universitat Wien, Vienna, Austria), Rob Ivison (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Raphael Gavazzi (Universite Pierre et Marie Curie, Paris), Asantha Cooray (California Institute of Technology, USA) and Paul van der Werf (Leiden University, The Netherlands).

http://arxiv.org/abs/1505.05148
Mark Swinbank (Durham University), Simon Dye (University of Nottingham), James Nightingale (University of Nottingham), Christina Furlanetto (University of Nottingham; CAPES Foundation, Ministry of Education of Brazil, Brazil), Ian Smail (Durham), Asantha Cooray (California Institute of Technology, USA), Helmut Dannerbauer (Universitat Wien, Vienna, Austria), Loretta Dunne (University of Canterbury, New Zealand; Institute for Astronomy [IfA], Royal Observatory Edinburgh), Steve Eales (Cardiff University), Raphael Gavazzi (Universite Pierre et Marie Curie, Paris), Todd Hunter (National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, Virginia, USA), Rob Ivison (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Mattia Negrello (INAF, Osservatorio Astronomico di Padova, Vicolo Osservatorio, Padova, Italy), Ivan Oteo-Gomez (IfA, Edinburgh; ESO, Germany), Renske Smit (Durham), Paul van der Werf (Leiden University, The Netherlands), and Catherine Vlahakis (Joint ALMA Observatory, Chile; ESO, Chile),

http://arxiv.org/abs/1503.05558
Kenneth C. Wong (Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica (ASIAA), Taipei, Taiwan), Sherry H. Suyu (ASIAA, Taiwan), and Satoki Matsushita (ASIAA, Taiwan)

http://arxiv.org/abs/1503.07997
Bunyo Hatsukade (National Astronomical Observatory of Japan, Tokyo, Japan) Yoichi Tamura (Institute of Astronomy, University of Tokyo, Tokyo, Japan), Daisuke Iono (National Astronomical Observatory of Japan; The Graduate University for Advanced Studies [SOKENDAI], Tokyo, Japan), Yuichi Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan), Masao Hayashi (National Astronomical Observatory of Japan), Masamune Oguri (Research Center for the Early Universe, University of Tokyo, Tokyo, Japan; Department of Physics, University of Tokyo, Tokyo, Japan; Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe [Kavli IPMU, WPI], University of Tokyo, Chiba, Japan)

http://arxiv.org/abs/1503.02652
The ALMA Partnership, C. Vlahakis (Joint ALMA Observatory [JAO]; ESO) , T. R. Hunter (National Radio Astronomy Observatory [NRAO]), J. A. Hodge (NRAO) , L. M. Pérez (NRAO) , P. Andreani (ESO), C. L. Brogan (NRAO) , P. Cox (JAO, ESO) , S. Martin (Institut de Radioastronomie Millimétrique [IRAM]) , M. Zwaan (ESO) , S. Matsushita (Institute of Astronomy and Astrophysic, Taiwan) , W. R. F. Dent (JAO, ESO), C. M. V. Impellizzeri (JAO, NRAO), E. B. Fomalont (JAO, NRAO), Y. Asaki (National Astronomical Observatory of Japan; Institute of Space and Astronautical Science (ISAS), Japan Aerospace Exploration Agency [JAXA]) , D. Barkats (JAO, ESO) , R. E. Hills (Astrophysics Group, Cavendish Laboratory), A. Hirota (JAO; National Astronomical Observatory of Japan), R. Kneissl (JAO, ESO), E. Liuzzo (INAF, Istituto di Radioastronomia), R. Lucas (Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble) , N. Marcelino (INAF), K. Nakanishi (JAO, National Astronomical Observatory of Japan), N. Phillips (JAO, ESO), A. M. S. Richards (University of Manchester), I. Toledo (JAO), R. Aladro (ESO), D. Broguiere (IRAM), J. R. Cortes (JAO, NRAO), P. C. Cortes (JAO, NRAO), D. Espada (ESO, National Astronomical Observatory of Japan), F. Galarza (JAO), D. Garcia-Appadoo (JAO, ESO), L. Guzman-Ramirez (ESO), A. S. Hales (JAO, NRAO) , E. M. Humphreys (ESO) , T. Jung (Korea Astronomy and Space Science Institute) , S. Kameno (JAO, National Astronomical Observatory of Japan) , R. A. Laing (ESO), S. Leon (JAO,ESO) , G. Marconi (JAO, ESO) , A. Mignano (INAF) , B. Nikolic (Astrophysics Group, Cavendish Laboratory), L. A. Nyman (JAO, ESO), M. Radiszcz (JAO), A. Remijan (JAO, NRAO), J. A. Rodón (ESO), T. Sawada (JAO, National Astronomical Observatory of Japan), S. Takahashi (JAO, National Astronomical Observatory of Japan), R. P. J. Tilanus (Leiden University), B. Vila Vilaro (JAO, ESO), L. C. Watson (ESO), T. Wiklind (JAO, ESO), Y. Ao (National Astronomical Observatory of Japan) , J. Di Francesco (National Research Council Herzberg Astronomy & Astrophysics), B. Hatsukade (National Astronomical Observatory of Japan), E. Hatziminaoglou (ESO), J. Mangum (NRAO), Y. Matsuda (National Astronomical Observatory of Japan), E. Van Kampen (ESO), A. Wootten (NRAO), I. De Gregorio-Monsalvo (JAO, ESO), G. Dumas (IRAM), H. Francke (JAO), J. Gallardo (JAO), J. Garcia (JAO), S. Gonzalez (JAO), T. Hill (ESO), D. Iono (National Astronomical Observatory of Japan), T. Kaminski (ESO), A. Karim (Argelander-Institute for Astronomy), M. Krips (IRAM), Y. Kurono (JAO, National Astronomical Observatory of Japan) , C. Lonsdale (NRAO), C. Lopez (JAO), F. Morales (JAO), K. Plarre (JAO), L. Videla (JAO), E. Villard (JAO, ESO), J. E. Hibbard (NRAO), K. Tatematsu (National Astronomical Observatory of Japan)

http://arxiv.org/abs/1503.02025
M. Rybak (Max Planck Institute for Astrophysics), J. P. McKean (Netherlands Institute for Radio Astronomy; University of Groningen) S. Vegetti (Max Planck Institute for Astrophysics), P. Andreani (ESO) and S. D. M. White (Max Planck Institute for Astrophysics)

http://arxiv.org/abs/1506.01425
M. Rybak (Max Planck Institute for Astrophysics), S. Vegetti (Max Planck Institute for Astrophysics), J. P. McKean (Netherlands Institute for Radio Astronomy; University of Groningen), P. Andreani (ESO) and S. D. M. White (Max Planck Institute for Astrophysics)

Astronomická observatoř ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) je mezinárodním partnerským projektem organizací ESO, NSF (US National Science Foundation) a NINS (National Institutes of Natural Sciences) v Japonsku ve spolupráci s Chilskou republikou. ALMA je za členské státy financována ESO, NSF ve spolupráci s NRC (National Research Council of Canada) a NSC (National Science Council of Taiwan) a NINS ve spolupráci s AS (Academia Sinica) na Taiwanu a KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute) v Koreji.

Výstavba a provoz observatoře ALMA jsou ze strany Evropy řízeny ESO, ze strany Severní Ameriky NRAO (National Radio Astronomy Observatory), která je řízena AUI (Associated Universities, Inc.), a za východní Asii NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan). Spojená observatoř ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) poskytuje jednotné vedení a řízení stavby, plánování a provoz teleskopu ALMA.

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy - Odborné články:

• http://arxiv.org/abs/1503.07605
• http://arxiv.org/abs/1503.08720
• http://arxiv.org/abs/1505.05148
• http://arxiv.org/abs/1503.05558
• http://arxiv.org/abs/1503.07997
• http://arxiv.org/abs/1503.02652
• http://arxiv.org/abs/1503.02025
• http://arxiv.org/abs/1506.01425

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Lars Lindberg Christensen; Head of ESO ePOD; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6761; Mobil: +49 173 3872 621; Email: lars@eso.org