2011.11.04. - Nehéz elemekben gazdag galaxisok a korai Univerzumban?

Egy gammavillanás utófényének elemzésével egy kutatócsoport két fiatal galaxist azonosított a korai Univerzumban, melyek meglepő módon a Napnál gazdagabbak nehézelemekben.

A gammavillanások az Univerzum legfényesebb robbanásai. Az eseményeket jelző gammasugárzást a Föld körül keringő űrobszervatóriumok detektálják, de amint ezek bemérték az égi pozíciót, a nagy földi teleszkópok is bekapcsolódnak, hogy néhány óra vagy nap elteltével a látható és az infravörös tartományban mérjék a robbanás ún. utófényét, az energiahullám és a környező anyag kölcsönhatása által okozott sugárzást. A GRB 090323 katalógusjelű felvillanást - ami egy fiatal csillag szupernóva-robbanásához kapcsolódik (ún. hosszú felvillanás) - elsőként a NASA Fermi űrteleszkópja jelezte, de röviddel ezután a Swift űrtávcső röntgendetektora is érzékelte az eseményt, illetve a chilei 2,2 méteres ESO/MPG teleszkóp GROND műszere is ráállt a forrásra. A robbanás utófényének vizsgálatát az esemény után alig egy nappal egy nemzetközi kutatócsoport végezte az ESO VLT távcsőrendszerének műszereivel.

A VLT-megfigyelések azt mutatták, hogy a robbanás fénye áthaladt a forrás gazdagalaxisán, illetve még egy ahhoz közeli galaxison is, melyeket a felvillanás segítségével mintegy 12 milliárd évvel ezelőtti állapotukban figyelhettünk meg (a vöröseltolódásuk z = 3,57). Ilyen távoli - és egyben fiatal - galaxisok nagyon ritkán kerülnek gammavillanások "reflektorfényébe". A két, egyébként láthatatlan objektum detektálását az tette lehetővé, hogy a bennük található hideg gáz abszorpciós vonalak formájában nyomot hagyott a robbanás rajtuk áthaladó fényén, de ennek eredménye egyben meglepetést is okozott a vizsgálatot végző kutatóknak. A csoport vezetője, Sandra Savaglio (Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching) szerint a színképek alapján a galaxisok fémtartalma meglepően nagy: sokkal több nehézelemet tartalmaznak, mint amit ilyen fiatal galaxisokban valaha is megfigyeltek.

Fantáziarajz a GRB 090323 jelű gammavillanásról, illetve a fényének áthaladásáról a két galaxison. Az ezekben található hideg gáz által okozott abszorpciós vonalak árulkodnak a fiatal galaxisok szokatlanul magas nehézelem-tartalmáról.
[ESO/L. Calçada]

Azt várnánk ugyanis, hogy a fiatal Univerzum galaxisaiban sokkal kevesebb a nehéz kémiai elem, mint az idősebbekben, például a Tejútrendszerben, mivel ezek csillagok generációinak élete és halála révén dúsulnak fel a galaxisokban. Az új megfigyelések azonban azt jelzik, hogy néhány galaxis már az Ősrobbanás után alig 2 milliárd évvel is sok fémet tartalmazhatott. A most felfedezett galaxispár esetében ennek a szokatlan jelenségnek az lehet a magyarázata, hogy bennük óriási ütemben keletkezhetnek az új csillagok, melyek így gyorsan szennyezik a galaxisokban található hideg gázt a működésük során keletkező nehéz elemekkel. A csillagkeletkezés felpörgését viszont a galaxisok összeolvadása okozhatja. Az új eredmények áttételesen azt az elképzelést is erősítik, hogy a gammavillanások olyan területeken következnek be, ahol rendkívül gyors ütemben keletkeznek, élnek és pusztulnak el nagytömegű csillagok.

A "csillagontás" azonban viszonylag hamar, még az Univerzum korai állapotában befejeződhetett. 12 milliárd évvel később ezen galaxisok - melyek ma már csak halvány árnyékai egykori brilliáns önmaguknak - nagy számban tartalmazhatnak csillagmaradványokat, például fekete lyukakat vagy hideg barna törpéket. Detektálásuk nagy kihívást jelent, Savaglio szerint a GRB 090323 esetében a szerencse is segített, mivel a forrás luminozitása miatt a VLT-vel értékelhető színképeket sikerült készíteni. A GRB-k általában azonban csak rövid ideig fényesek, így nehéz jó minőségű adatokat nyerni róluk. Jó célpontjai lehetnek viszont a jövő ma még csak tervezés alatt álló óriástávcsöveinek, amilyen például az E-ELT (European Extremely Large Telescope) is.

Az eredményket részletező szakcikk a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• eso1143 - Science Release