ALMA a VLT nalezly důkazy vzniku hvězd již 250 milionů let po velkém třesku

ESO 015/18 tisková zpráva

Astronomové využili pozorování získaná pomocí radioteleskopu ALMA a dalekohledu ESO/VLT ke zkoumání procesů formování hvězd ve velmi vzdálené galaxii MACS1149-JD1. Podařilo se jim prokázat, že hvězdy v této galaxii začaly vznikat v nečekaně rané fázi vývoje vesmíru, pouhých 250 milionů let po velkém třesku. Sledovaná galaxie je nejvzdálenějším objektem, jaký byl kdy pozorován pomocí ALMA i VLT, a získaná data představují detekci kyslíku na dosud největší kosmologickou vzdálenost. Výsledky byly publikovány 17. května 2018 v prestižním vědeckém časopise Nature.

Mezinárodní tým astronomů využil radioteleskop ALMA k výzkumu vzdálené galaxie s katalogovým označením MACS1149-JD1. Vědcům se podařilo detekovat velmi slabé záření emitované ionizovaným kyslíkem přicházející z této galaxie. Na dlouhé cestě vesmírem byla vlnová délka tohoto původně infračerveného záření protažena více než desetkrát v důsledku expanze vesmíru. Proto bylo možné tyto emise na Zemi detekovat pomocí radioteleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), který pracuje s milimetrovými a submilimetrovými vlnami elektromagnetického záření. Vědcům se podařilo zjistit, že signál byl ze zdroje vyslán před 13,3 miliardami let (tedy asi 500 milionů let po velkém třesku). V současnosti se tady jedná o detekci kyslíku na největší vzdálenost [1]. Přítomnost kyslíku je však neklamnou známkou, že v této galaxii musela existovat ještě starší generace hvězd, která ho vyrobila.

„Když jsem uviděl signál kyslíku v datech ALMA, byl jsem rozrušen,“ říká vedoucí autor článku Takuya Hashimoto (Osaka Sangyo University a National Astronomical Observatory of Japan). „Toto měření totiž posouvá hranice pozorovatelného vesmíru dále do minulosti.“

Kromě záření kyslíku nalezeného v datech ALMA se pomocí dalekohledu ESO/VLT (Very Large Telescope) podařilo detekovat další slabší signál, tentokrát se jednalo o vodíkové emise. Vzdálenost galaxie určená na základě pozorování vodíkových emisí je v dobrém souhlasu s výsledky získanými pro záření kyslíku. MACS1149-JD1 je tedy nejvzdálenější galaxií s přesně určenou vzdáleností a zároveň nejvzdálenějším objektem, jaký kdy pozorovala ALMA nebo VLT.

„Galaxii MACS1149-JD1 nyní vidíme tak, jak vypadala v době, když byl vesmír pouhých 500 milionů let starý. A již v tomto období ji tvořila populace vyvinutých hvězd,“ vysvětluje spoluautor práce Nicolas Laporte (University College London, UCL, UK). „Díky tomu můžeme tuto galaxii použít jako sondu do ještě staršího, naprosto neprozkoumaného, období vývoje vesmíru.“

Krátce po velkém třesku se ve vesmíru nevyskytoval žádný kyslík. Tento prvek vytvořily až první hvězdy prostřednictvím termojaderných reakcí ve svém nitru a následně ho na konci svého života vyvrhly do okolního prostoru. Detekce kyslíku v galaxii MACS1149-JD1 dokazuje, že tyto rané generace hvězd vznikly a také zanikly dříve než 500 milionů let po velkém třesku.

Otázkou však zůstalo, kdy přesně k prvním procesům formování hvězd v této galaxii došlo. Aby nalezli odpověď, pokusili se vědci rekonstruovat ranou historii MACS1149-JD1 na základě pozorování v infračerveném oboru spektra, která pořídily kosmické teleskopy HST (NASA/ESA Hubble Space Telescope) a Spitzer (NASA Spitzer Space Telescope). Zjistili, že pozorovanou jasnost galaxie je nejlépe možné vysvětlit modelem, ve kterém prvotní formování hvězd začíná pouhých 250 milionů let po velkém třesku [2]!

Se stupněm vývoje hvězd, jaký pozorujeme v galaxii MACS1149-JD1, vyvstává otázka, kdy se z naprosté temnoty raného vesmíru vynořily první galaxie. Jinými slovy, kdy nastalo období, které astronomové romanticky nazývají ‚kosmický úsvit‘ (cosmic dawn). Stanovením stáří galaxie MACS1149-JD1 se členům tohoto týmu podařilo demonstrovat, že galaxie existovaly ještě ve starším období, než jsme dnes schopni přímo pozorovat.

Spoluautor článku astronom Richard Ellis (UCL) dodává: „Určení počátku kosmického úsvitu je svatým grálem současné kosmologie a teorií formování galaxií. Díky pozorování galaxie MACS1149-JD1 jsme se přiblížili přímému spatření světla prvních hvězd. A jelikož všichni jsme stvořeni z hmoty, která prošla nitrem hvězd, jde v podstatě o hledání našeho kosmického původu.“

Zdroj

Poznámky

[1] ALMA již několikrát posunula hranici pro nejvzdálenější detekci kyslíku ve vesmíru. V roce 2016 využili Akio Inoue (Osaka Sangyo University) a jeho kolegové radioteleskop ALMA k nalezení signálu kyslíku ze vzdálenosti 13,1 miliardy světelných let. O několik měsíců později Nicolas Laporte (University College London) a jeho tým detekovali kyslík stejným přístrojem ve vzdálenosti 13,2 miliardy světelných let. Nyní tyto dvě skupiny spojily své síly a stanovily nový rekord 13,3 miliardy světelných let, který odpovídá rudému posuvu 9,1.

[2] Odpovídá rudému posuvu 15.

Další informace

Výsledky byly zveřejněny v článku “The onset of star formation 250 million years after the Big Bang” autorů T. Hashimoto a kol., který byl publikován 17. května 2018 ve vědeckém časopise Nature. 

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

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace v Evropě, která v současnosti provozuje nejproduktivnějších pozemní astronomické observatoře světa. ESO má 15 členských států: Belgie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a dvojici strategických partnerů – Chile, která hostí všechny observatoře ESO, a Austrálii. 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 dva přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem světa, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem zařízení APEX a revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko observatoře Paranal, na hoře Cerro Armazones, staví ESO nový dalekohled ELT (Extremely Large Telescope) s primárním zrcadlem o průměru 39 m, který se stane „největším okem lidstva hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• vědecký článek (Nature)
• snímky dalekohledu VLT
• snímky teleskopu ALMA

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

Nicolas Laporte; University College London; London, United Kingdom; Tel.: +44 7452 807 591; Email: n.laporte@ucl.ac.uk

Richard Ellis; University College London; London, United Kingdom; Tel.: +44 7885 403 334; Email: richard.ellis@ucl.ac.uk

Richard Hook; ESO Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: pio@eso.org