ALMA zachytila záření kyslíku z dosud největší vzdálenosti

Tisková zpráva Evropské jižní observatoře 20/2016

Astronomové z Japonska, Švédska, Spojeného království a ESO využili radioteleskop ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) ke sledování jedné z nejvzdálenějších známých galaxií. Objekt nesoucí označení SXDF-NB1006-2 má rudý posuv 7,2 (redshift), což znamená, že jej pozorujeme tak, jak vypadal 700 milionů let po velkém třesku (Big Bang).

Členové týmu doufali, že se jim v galaxii podaří nalézt známky přítomnosti těžších chemických prvků [1]. Ty totiž mohou přinést informace o intenzitě probíhajících procesů formování hvězd (star formation) a poskytnout tak klíč k pochopení období ve vývoji vesmíru známého jako reionizace.

„Pátrání po těžších prvcích v raném vesmíru je velmi důležitou metodou pro stanovení intenzity procesů tvorby hvězd v tomto období,“ říká Akio Inoue (Osaka Sangyo University, Japonsko), hlavní autor článku zveřejněného ve vědeckém časopise Science. „Zkoumání těžkých prvků nám rovněž poskytuje možnost pochopit, jak se formovaly galaxie a co kosmickou reoinizaci způsobilo,“ dodává Akio Inoue.  

V době než se zformovaly první objekty, byl vesmír vyplněn elektricky neutrálním plynem. Když ale několik stovek milionů let po velkém třesku začaly svítit první hvězdy, intenzivní záření začalo dosud neutrální atomy rozbíjet a plyn ionizovat (ionise). V této fázi vývoje – známé jako období reionizace (cosmic reionisation) – se vesmír dramaticky změnil. Stále je však předmětem debat, jaký typ objektů tuto reionizaci způsobil. Zkoumání podmínek ve velmi vzdálených galaxiích nám může pomoci na tuto otázku odpovědět.  

Před samotným pozorováním vzdálené galaxie provedli vědci počítačové simulace a pokusili se předpovědět, jak obtížné bude nalézt důkazy přítomnosti ionizovaného kyslíku pomocí ALMA. Zvážili rovněž pozorování podobných galaxií, které se nachází mnohem blíže Zemi, a dospěli k závěru, že emise kyslíku by mělo být možné detekovat, a to i v takto velkých vzdálenostech [2].

Následovala pozorování s vysoce citlivými detektory ALMA [3], při kterých byly emise ionizovaného kyslíku v galaxii SXDF-NB1006-2 skutečně nalezeny. Jedná se o jednoznačnou detekci kyslíku na dosud největší vzdálenost [4] a důkaz jeho přítomnosti již v raném vesmíru pouze 700 milionů let po velkém třesku.  

Podařilo se také určit, že obsah kyslíku v galaxii SXDF-NB1006-2 je 10krát nižší než ve Slunci. „Nízký obsah kyslíku jsme očekávali, neboť vesmír byl stále velmi mladý a měl za sebou jen velmi krátkou historii vzniku a vývoje hvězd,“ doplňuje Naoki Yoshida (University of Tokyo). „Naše simulace ve skutečnosti pozorovaný obsah kyslíku přesně předpověděly. Ale pozorování přineslo ještě jiný, neočekávaný výsledek: zjistili jsme velmi nízký obsah prachu.“

Vědcům se nepodařilo detekovat žádné vyzařování uhlíku, což by mohlo znamenat, že tato mladá galaxie obsahuje velmi malé množství neionizovaného vodíku. Rovněž se ukázalo, že galaxie obsahuje pouze malé množství prachu (dust) tvořeného těžšími chemickými prvky. „V této galaxii se odehrává něco neobvyklého,“ říká Akio Inoue. „Domnívám se, že téměř veškerý plyn je zde ve vysoce ionizovaném stavu.“

Detekce ionizovaného kyslíku je známkou, že v galaxii vzniklo mnoho velmi jasných hvězd o hmotnosti desítek Sluncí, jejichž intenzivní ultrafialové záření (ultraviolet light) je nezbytné k ionizaci atomů kyslíku. 

Nízký obsah prachu v galaxii umožňuje ultrafialovému záření volně odcházet do prostoru a ionizovat značné množství plynu dokonce mimo samotnou galaxii. „SXDF-NB1006-2 by mohla být prototypem zdrojů záření, které jsou odpovědné za reionizaci vesmíru,“ dodává Akio Inoue.  

„Jde o významný pokrok na cestě k zodpovězení otázky, jaké typy objektů kosmickou reionizaci způsobily,“ vysvětluje Yoichi Tamura (University of Tokyo). „Již jsme zahájili další sérii pozorování s ALMA. Vyšší rozlišení nám umožní zkoumat rozložení a pohyb ionizovaného kyslíku v galaxii a získat tak důležité informace, které nám pomohou pochopit její další vlastnosti.“

Poznámky

[1] V astronomické terminologii jsou všechny prvky těžší než lithium označovány jako těžké.

[2] Japonský satelit pro infračervenou oblast AKARI objevil velmi intenzivní záření kyslíku ve Velkém Magellanově oblaku (Large Magellanic Cloud), ve kterém je prostředí podobné jako v počátečních fázích vývoje vesmíru.

[3] Vlnová délka, na které vyzařuje dvakrát ionizovaný kyslík, je 0,088 milimetru. Vlnová délka tohoto záření přicházejícího z galaxie SXDF-NB1006-2 je v důsledku rozpínání vesmíru protažena na 0,725 milimetru, což je v rozsahu citlivosti ALMA.

[4] Starší práce autorů Finkelstein a kol. naznačovaly přítomnost kyslíku v ještě o něco starším období, nejednalo se však o přímé pozorování emisních čar, jak je tomu v případě tohoto pozorování.

Další informace

Výzkum byl prezentován v článku “Detection of an oxygen emission line from a high redshift galaxy in the reionization epoch” autorů Inoue a kol., který byl zveřejněn ve vědeckém časopise Science.

Složení týmu: Akio Inoue (Osaka Sangyo University, Japonsko), Yoichi Tamura (The University of Tokyo, Japonsko), Hiroshi Matsuo (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Japonsko), Ken Mawatari (Osaka Sangyo University, Japonsko), Ikkoh Shimizu (Osaka University, Japonsko), Takatoshi Shibuya (University of Tokyo, Japonsko), Kazuaki Ota (University of Cambridge, Spojené království), Naoki Yoshida (University of Tokyo, Japonsko), Erik Zackrisson (Uppsala University, Švédsko), Nobunari Kashikawa (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Japonsko), Kotaro Kohno (University of Tokyo, Japonsko), Hideki Umehata (ESO, Garching, Německo; University of Tokyo, Japonsko), Bunyo Hatsukade (NAOJ, Japonsko), Masanori Iye (NAOJ, Japonsko), Yuichi Matsuda (NAOJ/Graduate University for Advanced Studies, Japonsko), Takashi Okamoto (Hokkaido University, Japonsko) a Yuki Yamaguchi (University of Tokyo, Japonsko).

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
• 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

Akio Inoue; Osaka Sangyo University; Osaka, Japan; Email: akinoue@las.osaka-sandai.ac.jp

Masaaki Hiramatsu; NAOJ Chile Observatory EPO officer; Tel.: +81 422 34 3630; Email: hiramatsu.masaaki@nao.ac.jp

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

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Tisková zpráva ESO1620