Et team af astronomer har brugt det nye ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array) -teleskop til at identificere placeringerne af over 100 af de mest frugtbare stjernedannende galakser i det tidlige univers.
ALMA er så kraftig, at den på bare få timer fangede så mange observationer af disse galakser, som alle lignende teleskoper over hele verden har gjort over en periode på mere end et årti.
De mest frugtbare bursts af stjernefødsel i det tidlige univers fandt sted i fjerne galakser indeholdende masser af kosmisk støv. Disse galakser er af afgørende betydning for vores forståelse af galaksdannelse og -udvikling gennem universets historie, men støvet skjuler dem og gør dem vanskelige at identificere med teleskoper med synligt lys. For at udvælge dem skal astronomer bruge teleskoper, der observerer lys ved længere bølgelængder, omkring en millimeter, såsom ALMA.
Se større | Dette billede viser nærbilleder af et udvalg af disse galakser. ALMA-observationer ved submillimetre bølgelængder er vist i orange / rød og er overlejret på en infrarød udsigt over regionen, som det ses af IRAC-kameraet på Spitzer-rumteleskopet. Kredit: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), J. Hodge et al., A. Weiss et al., NASA Spitzer Science Center
”Astronomer har ventet på data som dette i over et årti. ALMA er så magtfuld, at det har revolutioneret måden, at vi kan observere disse galakser, selvom teleskopet ikke var fuldstændigt afsluttet på observationstidspunktet, ”sagde Jacqueline Hodge (Max-Planck-Institut für Astronomie, Tyskland), hovedforfatter af papiret, der præsenterer ALMA-observationer.
Det bedste kort indtil videre af disse fjerne støvede galakser blev lavet ved hjælp af det ESO-betjente Atacama Pathfinder Experiment-teleskop (APEX). Den undersøgte en plaster af himlen omkring størrelsen på fuldmåne og opdagede 126 sådanne galakser. Men i APEX-billederne syntes hver burst af stjernedannelse som en relativt uklar klat, som måske er så bred, at den dækkede mere end en galakse i skarpere billeder lavet på andre bølgelængder. Uden at vide nøjagtigt, hvilke af galakserne der danner stjernerne, blev astronomer hæmmet i deres undersøgelse af stjernedannelse i det tidlige univers.
At finde de rigtige galakser kræver skarpere observationer, og skarpere observationer kræver et større teleskop. Mens APEX har en enkelt skålformet antenne på 12 meter i diameter, bruger teleskoper som ALMA flere APEX-lignende skåle spredt over store afstande. Signalerne fra alle antennerne er kombineret, og effekten er som effekten af et enkelt gigantisk teleskop så bredt som hele arrayet af antenner.
Se større | Dette billede viser seks af galakserne set i de skarpe nye observationer fra ALMA (i rødt). De store røde cirkler viser de regioner, hvor galakser var blevet detekteret af APEX. Det tidligere teleskop havde ikke skarpe nok billeder til at fastlægge galakernes identitet, mange kandidater vises i hver cirkel. ALMA-observationer ved submillimetre bølgelængder er overlejret på en infrarød udsigt over regionen set af IRAC-kameraet på Spitzer-rumteleskopet (farvet blåt). Kredit: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO), APEX (MPIfR / ESO / OSO), J. Hodge et al., A. Weiss et al., NASA Spitzer Science Center
Holdet brugte ALMA til at observere galakserne fra APEX-kortet under ALMAs første fase af videnskabelige observationer, med teleskopet stadig under konstruktion. Ved hjælp af mindre end en fjerdedel af det endelige komplement til 66 antenner, spredt over afstande på op til 125 meter, havde ALMA brug for kun to minutter pr. Galakse til at lokalisere hver enkelt inden for et lille område 200 gange mindre end de brede APEX-klatter, og med tre gange følsomheden. ALMA er så meget mere følsom end andre teleskoper af sin art, at det på få timer fordoblet det samlede antal af sådanne observationer nogensinde gjort.
Ikke kun kunne holdet entydigt identificere, hvilke galakser, der havde regioner med aktiv stjernedannelse, men i op til halvdelen af tilfældene fandt de, at flere stjernedannende galakser var blevet blandet i en enkelt klods i de foregående observationer. ALMAs skarpe vision gjorde det muligt for dem at adskille de separate galakser.
”Vi troede tidligere, at de lyseste af disse galakser dannede stjerner tusind gange kraftigere end vores egen galakse, Mælkevejen, hvilket bragte dem i fare for at sprænge sig fra hinanden. ALMA-billederne afslørede flere, mindre galakser, der danner stjerner til noget mere rimelige priser, ”sagde Alexander Karim (Durham University, Storbritannien), et medlem af teamet og hovedforfatter af en ledsagerpapir om dette arbejde.
Resultaterne danner den første statistisk pålidelige katalog over støvede stjernedannende galakser i det tidlige univers og giver et vigtigt fundament for yderligere undersøgelser af disse galakseregenskaber ved forskellige bølgelængder, uden risiko for fejlagtig fortolkning på grund af, at galakserne ser ud blandet sammen.
På trods af ALMAs skarpe vision og enestående følsomhed har teleskoper som APEX stadig en rolle at spille. ”APEX kan dække et bredt område af himlen hurtigere end ALMA, og det er derfor ideelt til at opdage disse galakser. Når vi ved, hvor vi skal se, kan vi bruge ALMA til at finde dem nøjagtigt, ”konkluderede Ian Smail (Durham University, Storbritannien), medforfatter til den nye artikel.
Noter
Observationerne blev foretaget i en region af himlen i den sydlige konstellation af Fornax (ovnen) kaldet Chandra Deep Field South. Det er allerede blevet omfattende studeret af mange teleskoper både på jorden og i rummet. De nye observationer fra ALMA udvider de dybe og høje opløsningsobservationer af denne region til millimeter / submillimeterdelen af spektret og komplementerer de tidligere observationer.
Via ESO