Observationer med det nye ALMA submillimeter teleskop, viser at det kraftigste udbrud af stjernefødsler i kosmos, fandt sted meget tidligere end hidtil troet.
De mest intense udbrud af stjernefødsler, menes at have fundet sted i det tidlige Univers, i tunge, klare galakser, Disse stjernedannende galakser omdanner store områder af gas og støv til nye stjerner i et rasende tempo – mange hundrede gange hurtigere end i prægtige spiralgalakser som vores egen galakse, Mælkevejen. Ved at kigge langt ud i rummet, på galakser så fjerne, at deres lys har været milliarder af år om at nå os, kan astronomer observere denne travle periode af Universets ungdom.
”Des fjernere galaksen er, des længere tilbage i tiden kigger man, så ved at måle deres afstand kan vi sammensætte en tidslinje over hvor voldsomt Universet danner nye stjerner, på forskellige stadier af dens 13,7 milliarder år lange historie.” siger Joaquin Vieira (California Institute of Technology, USA), der har ledet holdet og er hovedforfatter på artiklen i journalen Nature.
Det internationale forskerhold opdagede først disse fjerne og gådefulde stjernedannende galakser med det amerikanske National Science Foundation's 10m South Pole Telescope (SPT) og brugte derefter ALMA til at zoome ind på og udforske stjernernefødsels-boomet i det unge Univers. De blev overraskede over at se, at mange af de fjerne støvede stjernedannende galakser, er endnu længere væk end forventet. Dette betyder at, i gennemsnit, fandt deres udbrud af stjernefødsler sted for 12 milliarder år siden, da Universet var mindre end 2 milliarder år gammelt – en milliard år tidligere en førhen troet.
To af disse galakser, er de fjerneste nogen siden set, af deres slags – så fjerne at deres lys begyndte deres rejse, da Universet kun var en milliard år gammelt. Ydermere er der, i en af disse rekordsættere, vand i blandt de fundne molekyler, hvilket gør det til den fjerneste observation af vand i Universet der er blevet udgivet til dato.
Holdet brugte ALMA's enestående følsomhed, til at fange lys fra 26 af disse galakser i bølgelængder på omkring 3mm. Lys ved særlige specifikke bølgelængder kan dannes af gasmolekyler i disse galakser, og bølgelængderne strækkes af Universets udvidelse over de milliarder af år, det tager lyset at nå os. Ved at måle de udstrakte bølgelængder, kan astronomerne beregne hvor lang tid det har taget lyset at nå os, og placere hver galakse på det rigtige tidspunkt i kosmisk historie.
”ALMAs følsomhed og brede bølgelængde-rækkevide betyder, at vi kunne tage vores målinger på kun få minutter per galakse – omkring 100x hurtigere end tidligere” siger Axel Weiss (Max-Planck-Institute für Radioastronomie i Bonn, Tyskland), der ledede arbejdet med at måle afstandene til galakserne. ”Før ville en måling som denne have været en besværlig process med at kombinere data fra både radioteleskoper og teleskoper der observerer i synligt lys.”
I størstedelen af tilfældende kunne ALMA alene, identificere afstandene, men for et fåtal af galakser måtte holdet kombinere ALMA data med målinger fra andre teleskoper, her iblandt Atacama Pathfinder Experiment (APEX) og ESOs Very Large Telescope.
Astronomerne brugte kun en delmængde på 16 ud af ALMAs samlede 66 kæmpestore antenner, da observatoriet dengang stadig var under konstruktion, i en højde på 5000 meter i den fjerntliggende Chajnantor højslette i de chilenske Andesbjerge. Når ALMA er færdiggjort vil det blive endnu mere følsomt, og vil være i stand til at finde endnu svagere galakser. Indtil videre har astronomerne været målrettet de klarere. De udnyttede også en hjælpende hånd fra naturens side; gravitationel forstørrelse, en effekt forudset af Einsteins generelle relativitetsteori, hvor lys fra en fjerntliggende galakse forvrænges af den gravitationelle indflydelse af nærmere galakser i forgrunden, der virker som linser og får de fjerne kilder til at virke mere klare.
For at forstå præcist hvor meget gravitationel forstørrelse, gør de fjerne galakser lysere, lavede holdet skarpere billeder af dem, ved at bruge mange ALMA observationer ved bølgelængder omkring 0,9 millimeter.
”Disse smukke billeder fra ALMA viser baggrundsgalakserner forvrænget til flere halvcirkler af lys, kaldet Einstein-ringe, der omkredser forgrunds galakserne,” siger Yashar Hezaveh (McGill University, Mintreal, Canada), der ledede studiet af den gravitationelle forstørrelse. ”Vi bruger den store mængde mørkt stof, der ligger om galakserne halvvejs ude i Universet som kosmiske teleskoper, for at få endnu fjernere galakser til at synes større og lysere.”
Analyser af forvrængningen afslører at nogle af de fjerntliggende stjernedannende galakser, er ligeså lysstærke som 40 billioner (40 millioner millioner) Sole, og at den gravitationelle forstørrelse har forstørret dem op mod 22 gange.
”Kun få gravitationelt førstørrede galakser var blevet fundet ved disse submillimeter bølgelængder, men nu har SPT og ALMA afsløret dusiner af dem.” siger Carlos De Breuck (ESO) et af holdets medlemmer. ”Denne type af videnskab, blev førhen hovedsageligt gjort ved bølgelængder i synligt lys med Hubble Space Telescope, men vores resultater viser at ALMA er en meget kraftfuld medspiller i dette felt.”
”Dette er et godt eksempel på hvordan, astronomer fra hele verden, samarbejder om at lave utrolige opdagelser med en top-moderne facilitet,” sagde holdmedlemmet Daniel Marrone (University of Arizona, USA). ”Dette er kun begyndelsen for ALMA og for undersøgelsen af stjernedannende galakser. Det næste skridt er at studere disse objekter i større detaljer og finde ud af præcist hvorfor de danner stjerner i sådan et uhyrligt tempo.”
Resultaterne er udgivet i en serie artikler, der udkommer i journalen Nature den 14. marts 2013, og i Astrophysical Journal. Forskningen er det nyeste eksempel på de opdagelser, der kommer fra det nye internationale ALMA observatorium.
Kilde: ESO