ALMA zkoumá Hubbleovo ultrahluboké pole

ESO 033/16 tisková zpráva

Dosud nejhlubší pohled do vesmíru na milimetrových vlnových délkách

Mezinárodní týmy astronomů využily radioteleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) k průzkumu velmi vzdálené oblasti vesmíru, která byla poprvé zobrazena na ikonickém snímku známém jako Hubbleovo ultrahluboké pole (UHDF, Hubble Ultra Deep Field). Nová pozorování získaná pomocí ALMA v milimetrové oblasti elektromagnetického záření mají značně větší dosah a jsou detailnější než předchozí přehlídky provedené na těchto vlnových délkách. Data jasně ukazují, jakým způsobem souvisí úroveň hvězdotvorby v mladých galaxiích s celkovou hmotností hvězd. Pozorování rovněž odhalila dosud neznámé rezervoáry plynu dostupného pro formování nových hvězd v různých časových obdobích vývoje vesmíru a poskytují tak nový pohled na zlaté období vývoje galaxií přibližně před deseti miliardami let.

Nové výsledky pozorování pomocí ALMA budou publikovány v sérii článků v prestižních vědeckých časopisech Astrophysical Journal a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Budou také, spolu s dalšími pracemi, prezentovány tento týden na konferenci k pěti letům činnosti radioteleskopu ALMA (Half Decade of ALMA conference, Palm Springs, Kalifornie, USA).

Snímek dnes známý pod zkratkou HUDF (Hubble Ultra Deep Field, Hubbleovo UltraHluboké Pole) byl publikován jako průlomové pozorování hlubokého vesmíru pomocí kosmického dalekohledu HST (NASA/ESA Hubble Space Telescope) v roce 2004. Díky tomuto působivému záběru pronikli vědci do vzdáleného vesmíru hlouběji než kdykoliv předtím a podařilo se tak odhalit pestrou paletu galaxií daleko do minulosti, až do období 1 miliardy let po velkém třesku. Stejná oblast byla od té doby pozorována opakovaně jak pomocí dalekohledu HST tak řadou dalších přístrojů. Výsledkem je dosud nejhlubší pohled do vesmíru, jaký dnes máme k dispozici.

Astronomové využívající radioteleskop ALMA nyní poprvé sledovali tuto, na první pohled nenápadnou, ale podrobně prozkoumanou, oblast na obloze s vysokým dosahem a rozlišením v oblasti milimetrových vln [1]. To jim umožnilo zahlédnout slabou záři oblaků plynu a také emise teplých prachových částic v mladých galaxiích v raných fázích vývoje vesmíru.

Pozorování pole HUDF pomocí radioteleskopu ALMA probíhalo téměř 50 hodin, což je nejdelší časový úsek pozorování, jaký byl dosud na tomto přístroji věnován jedné oblasti oblohy.

Tým pod vedením Jima Dunlopa (University of Edinburgh, Spojené království) využil data k vytvoření vůbec prvního hlubokého, homogenního a takto velkého (o rozměrech oblasti HUDF) snímku pomocí radioteleskopu ALMA. To vědcům umožnilo jednoznačně identifikovat nalezené galaxie s již známými objekty pozorovanými dříve pomocí dalekohledu HST i jinými přístroji.

Výzkum poprvé jasně ukázal, že rychlost hvězdotvorby v mladém vesmíru je do značné míry předurčena hmotností dané galaxie. Vědcům se podařilo detekovat v podstatě všechny galaxie s vysokou hmotností [2] a prakticky nic dalšího.

Jim Dunlop, hlavní autor této práce, shrnuje její význam takto: "Je to průlomový výsledek. Poprvé se nám podařilo správně spojit pohled na vzdálený vesmír ve viditelném světle a ultrafialovém záření, který nám poskytl kosmický dalekohled HST, se záběry v daleké infračervené a milimetrové oblasti elektromagnetického záření získanými pomocí ALMA."

Další tým vědců, který vedli Manuel Aravena (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile) a Fabian Walter (Max Planck Institute for Astronomy in Heidelberg, Německo) provedl ještě hlubší přehlídku asi šestiny celého pole HUDF [3].

"Provedli jsme první slepou trojrozměrnou přehlídku chladného plynu v mladém vesmíru," říká člen tohoto výzkumného týmu Chris Carilli (National Radio Astronomy Observatory, NRAO, Socorro, New Mexico, USA). "Takto se nám podařilo objevit populaci galaxií, která na žádných jiných hlubokých přehlídkách oblohy není zřejmá." [4]

Některá z nových pozorování provedených pomocí ALMA byla uzpůsobena k detekci galaxií bohatých na oxid uhelnatý, který je indikátorem oblastí připravených pro formování hvězd. Ačkoliv tyto rezervoáry molekulárního plynu jsou hnacím motorem hvězdotvorby v galaxiích, není možné je pozorovat pomocí kosmického dalekohledu HST. ALMA je však schopna tuto dosud neprozkoumanou polovinu procesů formování a vývoje galaxií odhalit.

"Nová data získaná pomocí ALMA ukazují rychlý růst obsahu plynu v galaxiích, čím hlouběji se díváme zpět v čase," dodává hlavní autor dvojice článků Manuel Aravena (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile). "Zvyšující se obsah plynu je pravděpodobně klíčovou příčinou významného nárůstu úrovně hvězdotvorby během vrcholného období formování galaxií zhruba před deseti miliardami lety."

Dnes prezentované výsledky jsou pouze začátkem série dalších pozorování zaměřených na zkoumání vzdáleného vesmíru pomocí ALMA. Například plánovaná pozorovací kampaň oblasti HUDF o celkové délce 150 hodin dále poodhalí historii potenciálu formování hvězd ve vesmíru.

"Nadcházející Velký program ALMA zkompletuje pohled na dobře známé galaxie ikonického snímku HUDF tím, že rozšíří naše chápání významu této chybějící hmoty pro formování hvězd," dodává člen výzkumného týmu ALMA Fabian Walter.

Zdroj

Poznámky

[1] Astronomové pečlivě vybrali oblast pro výzkum v poli HDUF, což je oblast na obloze ležící v jižním souhvězdí Pec (Fornax). Díky domu je možné toto místo pozorovat pozemními dalekohledy z jižní polokoule, tedy i pomocí ALMA.

Zkoumání hlubokého a ve viditelném světle nepozorovatelného vesmíru byl jeden z primárních vědeckých úkolů pro radioteleskop ALMA.

[2] V tomto významu je výrazem 'galaxie s vysokou hmotností' (high mass) myšleno, že jejich hmotnost převyšuje 20 miliardkrát hmotnost Slunce (2x10¹⁰ hmotností Slunce). Pro představu naše Galaxie je v tomto smyslu velká, protože její hmotnost se pohybuje kolem 100 miliard Sluncí.

[3] Tato oblost zabírá na obloze plochu 700krát menší než disk Měsíce v úplňku. Jedním z překvapujících faktů týkajících se pole HUDF je právě nalezení tak ohromného množství galaxií na takto malé ploše oblohy.

[4] Schopnost radioteleskopu ALMA pozorovat zcela rozdílnou část elektromagnetického spektra (ve srovnání s dalekohledem HST) umožňuje astronomům zkoumat rozdílné typy objektů, jako jsou mohutné oblaky hmoty pro vývoj hvězd, nebo objekty, které jsou ve viditelném světle příliš slabé, ale nápadné na milimetrových vlnových délkách.

Přehlídka je prezentována jako slepá, neboť se nezaměřuje na konkrétní objekt(y).

Nová pozorování získaná pomocí ALMA obsahují dva typy navzájem se doplňujících pozorování: pozorování v kontinuu, která jsou schopna odhalit emise prachu a známky hvězdotvorby, a přehlídková pozorování ve spektrálních čarách, která jsou zaměřena na oblaky chladného molekulárního plynu sloužící jako zdroj materiálu pro hvězdotvorbu. Mimořádně významný je především druhý přehlídkový program, protože obsahuje také informaci o tom, do jaké míry bylo záření vzdálených objektů ovlivněno rudým posuvem souvisejícím s rozpínáním vesmíru. Čím je rudý posuv větší, tím vzdálenější je pozorovaný objekt a tím dále do minulosti se díváme. Tato informace pak astronomům umožňuje vytvořit trojrozměrnou mapu vývoje rozložení a obsahu plynu dostupného pro hvězdotvorbu v závislosti na čase (stáří vesmíru).

Další informace

Výzkumy byly prezentovány v těchto sedmi článcích:

1. “A deep ALMA image of the Hubble Ultra Deep Field”, by J. Dunlop et al., to appear in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

2. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Search for the [CII] Line and Dust Emission in 6 < z < 8 Galaxies”, by M. Aravena et al., to appear in the Astrophysical Journal.

3. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Molecular Gas Reservoirs in High-Redshift Galaxies”, by R. Decarli et al., to appear in the Astrophysical Journal.

4. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: CO Luminosity Functions and the Evolution of the Cosmic Density of Molecular Gas”, by R. Decarli et al., to appear in the Astrophysical Journal.

5. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Continuum Number Counts, Resolved 1.2-mm Extragalactic Background, and Properties of the Faintest Dusty Star Forming Galaxies”, by M. Aravena et al., to appear in the Astrophysical Journal.

6. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Survey Description”, by F. Walter et al., to appear in the Astrophysical Journal.

7. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: the Infrared excess of UV-selected z= 2-10 Galaxies as a Function of UV-continuum Slope and Stellar Mass”, by R. Bouwens et al., to appear in the Astrophysical Journal.

8. “The ALMA Spectroscopic Survey in the Hubble Ultra Deep Field: Implication for spectral line intensity mapping at millimeter wavelengths and CMB spectral distortions”, by C. L. Carilli et al. to appear in the Astrophysical Journal.

Složení týmů:

M. Aravena (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), R. Decarli (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Germany), F. Walter (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Germany; Astronomy Department, California Institute of Technology, USA; NRAO), Pete V. Domenici (Array Science Center, USA), R. Bouwens (Leiden Observatory, Leiden, The Netherlands; UCO/Lick Observatory, Santa Cruz, USA), P.A. Oesch (Astronomy Department, Yale University, New Haven, USA), C.L. Carilli (Leiden Observatory, Leiden, The Netherlands; Astrophysics Group, Cavendish Laboratory, Cambridge, UK), F.E. Bauer (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Millennium Institute of Astrophysics, Chile; Space Science Institute, Boulder, USA), E. Da Cunha (Research School of Astronomy and Astrophysics, Australian National University, Canberra, Australia; Centre for Astrophysics and Supercomputing, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Australia), E. Daddi (Laboratoire AIM, CEA/DSM-CNRS-Université Paris Diderot, Orme des Merisiers, France), J. Gónzalez-López (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), R.J. Ivison (European Southern Observatory, Garching bei München, Germany; Institute for Astronomy, University of Edinburgh, Edinburgh, UK), D.A. Riechers (Cornell University, 220 Space Sciences Building, Ithaca, USA), I. Smail (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, UK), A.M. Swinbank (Institute for Computational Cosmology, Durham University, Durham, UK), A. Weiss (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Germany), T. Anguita (Departamento de Ciencias Físicas, Universidad Andrés Bello, Santiago, Chile; Millennium Institute of Astrophysics, Chile), R. Bacon (Université Lyon 1, Saint Genis Laval, France), E. Bell (Department of Astronomy, University of Michigan, USA), F. Bertoldi (Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Bonn, Germany), P. Cortes (Joint ALMA Observatory - ESO, Santiago, Chile; NRAO, Pete V. Domenici Array Science Center, USA), P. Cox (Joint ALMA Observatory - ESO, Santiago, Chile), J. Hodge (Leiden Observatory, Leiden, The Netherlands), E. Ibar (Instituto de Física y Astronomía, Universidad de Valparaíso, Valparaiso, Chile), H. Inami (Université Lyon 1, Saint Genis Laval, France), L. Infante (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), A. Karim (Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Bonn, Germany), B. Magnelli (Argelander Institute for Astronomy, University of Bonn, Bonn, Germany), K. Ota (Kavli Institute for Cosmology, University of Cambridge, Cambridge, UK; Cavendish Laboratory, University of Cambridge, UK), G. Popping (European Southern Observatory, Garching bei München, Germany), P. van der Werf (Leiden Observatory, Leiden, The Netherlands), J. Wagg (SKA Organization, Cheshire, UK), Y. Fudamoto (European Southern Observatory, Garching bei München, Germany; Universität-Sternwarte München, München, Germany), D. Elbaz (Laboratoire AIM, CEA/DSM-CNRS-Universite Paris Diderot, France), S. Chapman (Dalhousie University, Halifax, Nova Scotia, Canada), L.Colina (ASTRO-UAM, UAM, Unidad Asociada CSIC, Spain), H.W. Rix (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Germany), Mark Sargent (Astronomy Centre, University of Sussex, Brighton, UK), Arjen van der Wel (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Germany)

K. Sheth (NASA Headquarters, Washington DC, USA), Roberto Neri (IRAM, Saint-Martin d’Hères, France), O. Le Fèvre (Aix Marseille Université, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, Marseille, France), M. Dickinson (Steward Observatory, University of Arizona, USA), R. Assef (Núcleo de Astronomía, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), I. Labbé (Leiden Observatory, Leiden University, Netherlands), S. Wilkins (Astronomy Centre, University of Sussex, Brighton, UK), J.S. Dunlop (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, United Kingdom), R.J. McLure (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, United Kingdom), A.D. Biggs (ESO, Garching, Germany), J.E. Geach (University of Hertfordshire, Hatfield, United Kingdom), M.J. Michałowski (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, United Kingdom), W. Rujopakarn (Chulalongkorn University, Bangkok, Thailand), E. van Kampen (ESO, Garching, Germany), A. Kirkpatrick (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), A. Pope (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA), D. Scott (University of British Columbia, Vancouver, British Columbia, Canada), T.A. Targett (Sonoma State University, Rohnert Park, California, USA), I. Aretxaga (Instituto Nacional de Astrofísica, Optica y Electronica, Mexico), J.E. Austermann (NIST Quantum Devices Group, Boulder, Colorado, USA), P.N. Best (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, United Kingdom), V.A. Bruce (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, United Kingdom), E.L. Chapin (Herzberg Astronomy and Astrophysics, National Research Council Canada, Victoria, Canada), S. Charlot (Sorbonne Universités, UPMC-CNRS, UMR7095, Institut d’Astrophysique de Paris, Paris, France), M. Cirasuolo (ESO, Garching, Germany), K.E.K. Coppin (University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, United Kingdom), R.S. Ellis (ESO, Garching, Germany), S.L. Finkelstein (The University of Texas at Austin, Austin, Texas, USA), C.C. Hayward (California Institute of Technology, Pasadena, California, USA), D.H. Hughes (Instituto Nacional de Astrofísica, Optica y Electronica, Mexico), S. Khochfar (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, United Kingdom), M.P. Koprowski (University of Hertfordshire, College Lane, Hatfield, United Kingdom), D. Narayanan (Haverford College, Haverford, Pennsylvania, USA), C. Papovich (Texas A & M University, College Station, Texas, USA), J.A. Peacock (University of Edinburgh, Royal Observatory, Edinburgh, United Kingdom), B. Robertson (University of California, Santa Cruz, Santa Cruz, California, USA), T. Vernstrom (Dunlap Institute for Astronomy and Astrophysics, University of Toronto, Toronto, Ontario, Canada), G.W. Wilson (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA) and M. Yun (University of Massachusetts, Amherst, Massachusetts, USA).

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

• Vědecký článek 1
• Vědecký článek 2
• Vědecký článek 3
• Vědecký článek 4
• Vědecký článek 5
• Vědecký článek 6
• Vědecký článek 7
• Vědecký článek 8
• Snímky ALMA

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV , 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

James Dunlop; University of Edinburgh; Edinburgh, United Kingdom; Email: jsd@roe.ac.uk

Fabian Walter; Max-Planck Institut für Astronomie; Heidelberg, Germany; Email: walter@mpia.de

Manuel Aravena; Núcleo de Astronomía, Facultad de Ingeniería, Universidad Diego Portales; Santiago, Chile; Email: manuel.aravenaa@mail.udp.cl

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