ALMA přepisuje historii překotné tvorby hvězd ve vesmíru

Nejintenzivnější zrod hvězd v historii vesmíru se odehrál v raných fázích jeho vývoje v hmotných galaxiích. Tyto takzvané 'starburst‘ galaxie přetvářely mohutné zásoby plynu a prachu do podoby nových hvězd fantastickou rychlostí – několiksetkrát rychleji než mohutné galaxie dnešního vesmíru. Pohledem na galaxie tak vzdálené, že jejich světlu trvalo mnoho miliard let, než doletělo k nám, mohou astronomové toto divoké mládí našeho vesmíru zkoumat.

„Čím je galaxie vzdálenější, tím dále v čase se díváme. Takže měřením vzdáleností můžeme sestavit časový harmonogram toho, jak rychle ve vesmíru probíhalo formování hvězd v různých fázích jeho dosavadní 13,7 miliardy let trvající existence,“ říká Joaquin Vieira (California Institute of Technology, USA), vedoucí týmu a hlavní autor článku v časopise Nature.
 
Mezinárodní tým vědců objevil tyto tajemné 'starburst‘ galaxie pomocí desetimetrového radioteleskopu SPT (South Pole Telescope, US National Science Foundation) v Antarktidě. Následně použil dalekohled ALMA k detailnímu pohledu, který umožnil zkoumat prudký zrod hvězd v mladém vesmíru. Byli však překvapeni, že mnohé z těchto vzdálených galaxií s překotnou hvězdotvorbou se nachází ještě mnohem dále, než očekávali. To znamená, že v průměru došlo k nejprudšímu zrodu hvězd asi před 12 miliardami let, v době, kdy byl vesmír necelé dvě 2 miliardy let starý, a tedy o celou jednu miliardu let dříve, než se doposud myslelo. 

Dvě ze sledovaných galaxií patří k nejvzdálenějším svého druhu, jaké byly kdy pozorovány. Jsou tak daleko, že jejich světlo se na svou pouť vydalo v době, kdy byl vesmír jen miliardu let starý. Navíc se u jedné z těchto galaxií podařilo mezi jinými molekulami detekovat rovněž vodu. Jedná se o nejvzdálenější dosud publikované pozorování vody ve vesmíru.  

Členové týmu využili bezkonkurenční citlivost systému ALMA, aby zachytili tyto galaxie na vlnových délkách kolem 3 mm. Molekuly plynu v těchto galaxiích produkují světlo charakteristických vlnových délek, které byly v průběhu miliard let putování prostorem až k nám nataženy díky expanzi vesmíru. Měřením změny vlnové délky je možné spočítat, jak dlouhou cestu světlo urazilo a umístit tak galaxii na správné místo v historii vesmíru. 

„Citlivost dalekohledu ALMA a široký rozsah vlnových délek znamená, že můžeme naše měření jedné galaxie stihnout za několik minut, což je asi stokrát rychleji než dosud,“ vysvětluje Axel Weiss (Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, Německo), který vedl práci na měření vzdáleností galaxií. „Dříve bylo takové měření velmi pracné a zahrnovalo kombinaci dat získaných teleskopy ve viditelném a rádiovém oboru.“

Data ze zařízení ALMA ve většině případů sama o sobě postačují k určení vzdálenosti, v několika případech však tým využil také informace získané jinými přístroji včetně antény APEX a dalekohledu ESO/VLT [1].  

Vzhledem k tomu, že observatoř ALMA, ležící na planině Chajnantor v Chilských Andách v nadmořské výšce 5000 m n.m. byla v době pozorování ještě ve fázi konstrukce, využívali astronomové neúplné pole 16 antén z celkových 66. Po dokončení bude celý dalekohled ještě mnohem citlivější a bude s ním možné pozorovat ještě vzdálenější galaxie. V tomto případě astronomové sledovali jen ty jasnější. Přitom neodmítli ani pomocnou ruku matky přírody: využili efektu gravitační čočky, který ve své obecné teorii relativity předpověděl Albert Einstein.  Při něm dochází k deformaci obrazu vzdáleného objektu v gravitačním poli mezilehlé galaxie, ta zde hraje úlohu čočky a vzdálený zdroj díky tomu zjasní.   

Aby členové týmu důkladně pochopili, do jaké míry gravitační čočka zesílila světlo vzdálené galaxie, pořídili pomocí dalekohledu ALMA ještě sadu ostřejších snímků téhož objektu, tentokrát ale na vlnové délce 0,9 mm.

„Tyto nádherné snímky získané pomocí dalekohledu ALMA ukazují galaxie na pozadí zakřivené do tvaru mnoha světelných oblouků, které tvoří část takzvaného Einsteinova prstenu. Ten v ideálním případě obepíná celou čočkující galaxii,“ vysvětluje Yashar Hezaveh (McGill University, Montreal, Kanada), vedoucí studie gravitačních čoček. „Využíváme velké množství temné hmoty v mezilehlé galaxii vzdálené přes půlku vesmíru jako kosmický dalekohled, abychom ty ještě vzdálenější objekty mohli vidět jasnější.“  

Analýza zkreslení obrazu ukázala, že některé ze vzdálených galaxií s překotnou hvězdostvorbou jsou jasné jako 40 bilionů Sluncí, a gravitační čočka zvýšila jejich jasnost až 22krát.

„Dosud bylo známo jen několik galaxií zobrazených gravitační čočkou na submilimetrových vlnových délkách. Dalekohledy SPT a ALMA jich však objevili desítky,“ říká člen týmu Carlos De Breuck (ESO). „Tento druh výzkumu byl v minulosti prováděn převážně ve viditelném oboru pomocí kosmického dalekohledu HST. Naše výsledky ale ukazují, že ALMA se stává na tomto poli velmi významným hráčem.“  

„Tato práce je úžasným příkladem toho, jak astronomové z celého světa spolupracují, aby dosáhli významných objevů pomocí unikátních zařízení,“ řekl člen týmu Daniel Marrone (University of Arizona, USA). „A je jen začátek jak pro dalekohled ALMA, tak pro studium ‚starburst‘ galaxií. Naším příštím cílem je tyto objekty prozkoumat ještě detailněji a přesně určit, jak a proč v nich vznikají hvězdy tak úžasnou rychlostí.“

Zdroj

Poznámky

[1] Dodatečná pozorování byla provedena pomocí dalekohledů APEX, ESO/VLT, ATCA (Australia Telescope Compact Array) a SMA (Submillimeter Array).

Další informace

Výzkum je popsán v článku “Dusty starburst galaxies in the early Universe as revealed by gravitational lensing” autorů J. Vieira a kol., (Nature); měření vzdáleností popisuje článek “ALMA redshifts of millimeter-selected galaxies from the SPT survey: The redshift distribution of dusty star-forming galaxies” autorů A. Weiss a kol. (Astrophysical Journal); a studie gravitačních čoček byla publikována v článku “ALMA observations of strongly lensed dusty star-forming galaxies” autorů Y. Hezaveh a kol. (Astrophysical Journal).

Mezinárodní astronomická observatoř ALMA je společným projektem Evropy, severní Ameriky a východní Asie ve spolupráci s Chilskou republikou. ALMA je za Evropu financována ESO, za severní Ameriku NSF (National Science Foundation) ve spolupráci s NRC (National Research Council of Canada) a s NSC (National Science Council of Taiwan) a za východní Asii NINS (National Institutes of Natural Sciences) v Japonsku ve spolupráci s AS (Academia Sinica) na Taiwanu. Výstavba a provoz observatoře ALMA jsou ze strany Evropy řízeny ESO, ze 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 a v současnosti nejproduktivnější pozemní astronomická observatoř. ESO podporuje celkem 15 členských zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko a Velká Británie. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a úspěšný chod výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také vedoucí úlohu při podpoře a organizaci spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal provozuje Velmi velký teleskop (VLT), což je nejvyspělejší astronomická observatoř pro viditelnou oblast světla, a také dva další přehlídkové teleskopy. VISTA pracuje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým dalekohledem na světě, dalekohled VST (VLT Survey Telescope) je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy výhradně ve viditelné části spektra. ESO je evropským partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Pro viditelnou a blízkou infračervenou oblast ESO rovněž plánuje nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope) s primárním zrcadlem o průměru 39 metrů, který se stane „největším okem do vesmíru“.

Odkazy

• odborný článek autorů J. Vieira a kol.
• odborný článek autorů A. Weiss a kol. (měření vzdáleností galaxií)
• odborný článek autorů Y. Hezaveh a kol. (gravitační čočky) 
• více o dalekohledu ALMA a ESO
• Mezinárodní observatoř ALMA
• snímky observatoře ALMA
• videa observatoře 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

Axel Weiss; Max-Planck-Institut für Radioastronomie; Bonn, Germany; Tel.: +49 228 525 273; Email: aweiss@mpifr-bonn.mpg.de

Joaquin Vieira; California Institute of Technology; USA; Mobil: +1 949 887 5795; Email: vieira@caltech.edu

Yashar Hezaveh; McGill University; Montréal, Canada; Tel.: +1 514 398 7032; Email: yasharh@physics.mcgill.ca

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

Douglas Pierce-Price; ESO, Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6759; Email: dpiercep@eso.org

Carlos de Breuck; ESO; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6613; Email: cdebreuc@eso.org

Charles E. Blue; National Radio Astronomy Observatory, Public Information Officer; Charlottesville, USA; Tel.: +1 434 296 0314; Email: cblue@nrao.edu

Toto je překlad tiskové zprávy ESO eso1313. ESON -- ESON (ESO Science Outreach Network) je skupina spolupracovníku z jednotlivých členských zemí ESO, jejichž úkolem je sloužit jako kontaktní osoby pro lokální média.