2015.03.03. - Vénnek tűnő galaxis a fiatal univerzumban

Az ALMA mikrohullámú antennarendszer és az ESO VLT távcsőegyüttesének mérései szerint az egyik legtávolabbi, és így szükségszerűen nagyon fiatal galaxis úgy néz ki, mint a jóval közelebbi, idősebb csillagvárosok.

Az ESO VLT távcsőegyüttesének X-shooter műszerével nyert adatok, illetve az ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) mikrohullámú antennarendszer mérései alapján az egyik legtávolabbi ismert galaxis fiatal korához képest rengeteg hideg port tartalmaz. A felfedezés meglepő, mivel ilyen távoli csillagvárosban még nem tapasztaltak ehhez hasonlót: a galaxisban körülbelül annyi por van, mint a jóval idősebb Tejútrendszerben. Az eredmény azt sugallja, hogy a fiatal galaxisok sokkal gyorsabban fejlődhettek az Ősrobbanás után, mint azt eddig gondolták. A por az élet lehetőségének szempontjából is nagyon fontos, mert elősegíti a normál csillagok, a bolygók és a komplex molekulák kialakulását.

Darach Watson (University of Copenhagen) és munkatársai az A1689-zD1 katalógusjelű galaxist észlelték, amelyet már korábbi Hubble-felvételeken is azonosítottak és sejtették, hogy nagyon messze van, de a távolságát akkor még nem tudták meghatározni. Az A1689-zD1 egyébként csak a köztünk elhelyezkedő Abell 1689 galaxishalmaznak köszönhetően figyelhető meg, mivel annak gravitációslencse-hatása a fényességét a valódi kilencszeresére erősíti. Enélkül az objektum annyira halvány lenne, hogy esélyünk sem lenne a detektálására. A galaxist abban az állapotában látjuk, amelyben az univerzum 700 millió éves korában volt, ami a jelenleginek körülbelül 5 százaléka. Más szavakkal ez azt jelenti, hogy vöröseltolódása 7,5 körüli. Az A1689-zD1 viszonylag szerény rendszer, tömege és fényessége is sokkal kisebb, mint sok más tipikus galaxisnak az univerzum fejlődésének ezen korai fázisában.

A Hubble-űrtávcső felvétele az Abell 1869 galaxishalmazról, amely a nagy tömege miatt a gravitációslencse-hatás révén, a fényüket is felerősítve, leképezi a mögötte elhelyezkedő távoli objektumokat. A négyzetben elhelyezkedő A1689-zD1 galaxis annyira halvány, hogy még így is éppen csak érzékelhető.
[NASA; ESA; L. Bradley (JHU); R. Bouwens (UCSC); H. Ford (JHU); and G. Illingworth (UCSC)]

A kérdéses időszak az ún. reionizáció korszaka, amikor felragyogtak az első csillagok, véget vetve a sötétség korának. A fiatalnak gondolt objektum meglepte az észlelőket kémiai komplexitásával és magas csillagközi portartalmával. Miután a VLT-vel sikerült megerősíteni, hogy nagyon távoli objektumról van szó, Watson elmondása szerint rájöttek, hogy korábban már az ALMA-val is látták, sőt, a detektálás teljesen egyértelmű volt. A program, amelynek keretében megfigyelték, éppen azt célozta, hogy hideg gáz- és portartalmuk emissziója alapján azonosítsák a fiatal univerzum galaxisait.

Az A1689-zD1 tulajdonképpen egy "koravén csecsemő": ebben a korban még egyáltalán nem várható, hogy egy galaxis a hidrogénen és a héliumon kívül más kémiai elemeket - a csillagászati terminológiában fémeket - is tartalmazzon. Ezek a csillagok belsejében jönnek létre a fúziós folyamatok során és a szupernóva-robbanások vagy egyéb kataklizmák következtében szóródnak szét. Ennek a folyamatnak több csillaggeneráción keresztül kell ismétlődnie ahhoz, hogy a nehéz elemek (pl. szén, oxigén, nitrogén) szignifikáns mértékben feldúsulhassanak az adott galaxisban.

A Hubble-űrtávcső WFC3 kamerájával rögzített infravörös és látható tartománybeli felvételekből összeállított kép az Abell 1869 jelű galaxishalmaz egy részét mutatja. Az A1689-zD1 galaxis egy vörös színű, elnyúlt objektumként jelenik meg a képen.
[ESO / J. Richard]

Az A1689-zD1 azonban rengeteg távoli infravörös sugárzást bocsát ki, ami az univerzum tágulása miatt a milliméteres hullámhossz-tartományba tolódott el, mire a Földre ért, ezért is detektálhatta az ALMA. Az infravörös sugárzás arról tanúskodik, hogy a galaxis már sok csillagot és jelentős mennyiségű fémet "legyártott", de azt is felfedi előttünk, hogy nem csak port tartalmaz: a por/gáz aránya nagyon hasonló a sokkal idősebb galaxisokban tapasztalható értéknek. Bár még nem világos, hogy a por pontosan honnan származik, Watson szerint az nyilvánvaló, hogy a csillagkeletkezés megindulása után nagyon gyorsan, 500 millió évnél rövidebb időn belül létrejött.

A felfedezés azt jelzi, hogy az A1689-zD1 galaxisban az Ősrobbanás után 560 millió évvel kezdődően mérsékelt ütemben, de folyamatosan zajlott a csillagkeletkezés, vagy nagyon gyorsan át kellett esnie a csillagontó időszakán, mielőtt a csillagkeletkezés üteme elkezdett csökkenni.

A kutatók remélik, hogy a jövőben az ALMA-val több hasonló galaxist is találnak majd, amelyek tanulmányozásával megérthetjük, hogy mi az oka a gyors fejlődésüknek.

Az eredményeket részletező szakcikk a Nature magazin honlapján jelent meg.

Forrás:

• eso1508 - Science Release