Obserwacje błysku gamma wykonane przez teleskop VLT ujawniają zaskakujące składniki wczesnych galaktyk

Obserwacje błysku gamma wykonane przez teleskop VLT ujawniają zaskakujące składniki wczesnych galaktykOriginal Press Release
Międzynarodowy zespół astronomów wykorzystał jasne, choć widoczne tylko bardzo krótko, światło rozbłysku gamma by zbadać skład bardzo odległych galaktyk.

Mieliśmy szczęście obserwować GRB 090323, gdy był on jeszcze wystarczająco jasny, by przeprowadzić nadzwyczaj dokładne obserwacje za pomocą VLT. Rozbłyski gamma są jasne przez bardzo krótki czas przez co uzyskanie danych dobrej jakości jest bardzo trudne. Mamy nadzieję zbadać te galaktyki w przyszłości, gdy będziemy dysponować znacznie czulszymi instrumentami. Będą one idealnym celem obserwacji dla E-ELT [red.: projektowany 40 metrowej średnicy teleskop European Extremely Large Telescope]

Sandra Savaglio
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics

Rozbłyski gamma pozostają najjaśniejszymi eksplozjami Wszechświata. Pierwsze dostrzegają je obserwatoria satelitarne, wykrywające początkowy, krótki rozbłysk promieniowania gamma. Po ustaleniu pozycji rozbłysku na niebie dane są przekazywane dużym teleskopom naziemnym, które rejestrują widzialną i podczerwoną poświatę błysku, pojawiającą się w ciągu następnych godzin i dni. Teleskop kosmiczny NASA Fermi Gamma-ray Space Telescope jako pierwszy zauważył jeden z tych rozbłysków – oznaczony GRB 090323. Wkrótce obserwacje podjął także detektor rentgenowski satelity NASA Swift oraz system GROND zainstalowany na 2,2-metrowym teleskopie MPG/ESO w Chile. Następnego dnia szczegółowe badania poświaty rozbłysku zostały wykonane za pomocą należącego do ESO teleskopu VLT w Chile.

Obserwacje VLT wskazują, że jasne światło rozbłysku gamma przeszło przez galaktykę macierzystą oraz sąsiednie galaktyki. Dzięki temu możemy je obserwować takimi, jakimi były 12 miliardów lat temu. Tak odległe galaktyki bardzo rzadko widuje się w poświacie rozbłysku gamma.

„Gdy rozpoczynaliśmy badanie światła rozbłysku gamma, nie wiedzieliśmy, co znajdziemy. Niespodzianką było to, że chłodny gaz w tych dwóch galaktykach z wczesnego Wszechświata, dostarczył dowodów na ich tak niezwykły skład chemiczny „- mówi Sandra Savaglio z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej Maxa-Plancka, główna autorka publikacji opisującej wyniki badań. „- Galaktyki te zawierają więcej ciężkich pierwiastków niż jakakolwiek z wcześniej badanych galaktyk na tak wczesnym etapie ewolucji Wszechświata. Nie spodziewaliśmy się, że tak wcześnie Wszechświat może być tak dojrzały, tak chemicznie rozwinięty.”

Gdy światło błysku gamma przeszło przez galaktyki, zawarty w nich gaz zachował się jak filtr i zaabsorbował jego część  w określonych długościach fali zależnych od składu chemicznego gazu. Bez błysku te słabe galaktyki pozostałyby niewidoczne. Jednak staranna analiza chemicznych odcisków palców różnych pierwiastków chemicznych w widmie umożliwiła zespołowi określenie składu chemicznego chłodnego gazu w niezwykle odległych galaktykach, w szczególności tego, jak bogate były w pierwiastki ciężkie.

Naukowcy oczekują, że galaktyki w młodym Wszechświecie powinny zawierać mniejsze ilości cięższych pierwiastków niż galaktyki współczesne, takie jak Droga Mleczna. Pierwiastki te są bowiem produkowane podczas życia i śmierci kolejnych pokoleń gwiazd stopniowo wzbogacając w nie galaktyczny gaz. Astronomowie wykorzystują skład chemiczny galaktyk do ustalenia na jakim etapie ewolucji obiekty te się znajdują. Jednak nowe obserwacje zaskakująco ujawniły, że niektóre galaktyki były bogate w ciężkie pierwiastki już dwa miliardy lat po Wielkim Wybuchu.

Nowo odkryta para młodych galaktyk musiała produkować gwiazdy w niesamowitym tempie, aby wzbogacać chłodny gaz tak szybko i znacząca. Ponieważ dwie galaktyki są blisko siebie, mogą być w trakcie łączenia się, a to może inicjować gwałtowne fale produkcji gwiazd w zderzających się ze sobą obłokach gazu. Nowe wyniki  wspierają także hipotezę, według której błyski gamma mogą być związane z gwałtowną produkcją masywnych gwiazd.

Intensywna produkcja gwiazd w galaktykach takich jak badane, mogło zakończyć się dawno temu, gdy Wszechświat wciąż jeszcze był młody. Obecnie, dwanaście miliardów lat później, pozostałości takich galaktyk zawierałyby dużą liczbę pozostałości po gwiazdach – czarnych dziur, pulsarów chłodne karły, formując trudne do wykrycia populacje „martwych galaktyk”, stanowiących nikłe cienie tego jakimi były w swojej młodości. Znalezienie takich pozostałości w obecnym Wszechświecie  stanowiłoby wyzwanie.

Źródła:

VLT Observations of Gamma-ray Burst Reveal Surprising Ingredients of Early Galaxies

An international team of astronomers has used the brief but brilliant light of a distant gamma-ray burst as a probe to study the make-up of very distant galaxies. Surprisingly the new observations, made with ESO’s Very Large Telescope, have revealed two galaxies in the young Universe that are richer in the heavier chemical elements than the Sun. The two galaxies may be in the process of merging. Such events in the early Universe will drive the formation of many new stars and may be the trigger for gamma-ray bursts.

Gamma-ray bursts are the brightest explosions in the Universe [1]. They are first spotted by orbiting observatories that detect the initial short burst of gamma rays. After their positions have been pinned down, they are then immediately studied using large ground-based telescopes that can detect the visible-light and infrared afterglows that the bursts emit over the succeeding hours and days. One such burst, called GRB 090323 [2], was first spotted by the NASA Fermi Gamma-ray Space Telescope. Very soon afterwards it was picked up by the X-ray detector on NASA’s Swift satellite and with the GROND system at the MPG/ESO 2.2-metre telescope in Chile (eso1049) and then studied in great detail using ESO’s Very Large Telescope (VLT) just one day after it exploded.

The VLT observations show that the brilliant light from the gamma-ray burst had passed through its own host galaxy and another galaxy nearby. These galaxies are being seen as they were about 12 billion years ago [3]. Such distant galaxies are very rarely caught in the glare of a gamma-ray burst.

“When we studied the light from this gamma-ray burst we didn’t know what we might find. It was a surprise that the cool gas in these two galaxies in the early Universe proved to have such an unexpected chemical make-up,” explains Sandra Savaglio (Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Germany), lead author of the paper describing the new results. “These galaxies have more heavy elements than have ever been seen in a galaxy so early in the evolution of the Universe. We didn't expect the Universe to be so mature, so chemically evolved, so early on.”

As light from the gamma-ray burst passed through the galaxies, the gas there acted like a filter, and absorbed some of the light from the gamma-ray burst at certain wavelengths. Without the gamma-ray burst these faint galaxies would be invisible. By carefully analysing the tell-tale fingerprints from different chemical elements the team was able to work out the composition of the cool gas in these very distant galaxies, and in particular how rich they were in heavy elements.

It is expected that galaxies in the young Universe will be found to contain smaller amounts of heavier elements than galaxies at the present day, such as the Milky Way. The heavier elements are produced during the lives and deaths of generations of stars, gradually enriching the gas in the galaxies [4]. Astronomers can use the chemical enrichment in galaxies to indicate how far they are through their lives. But the new observations, surprisingly, revealed that some galaxies were already very rich in heavy elements less than two billion years after the Big Bang. Something unthinkable until recently.

The newly discovered pair of young galaxies must be forming new stars at a tremendous rate, to enrich the cool gas so strongly and quickly. As the two galaxies are close to each other they may be in the process of merging, which would also provoke star formation when the gas clouds collide. The new results also support the idea that gamma-ray bursts may be associated with vigorous massive star formation.

Energetic star formation in galaxies like these might have ceased early on in the history of the Universe. Twelve billion years later, at the present time, the remains of such galaxies would contain a large number of stellar remnants such as black holes and cool dwarf stars, forming a hard to detect population of “dead galaxies”, just faint shadows of how they were in their brilliant youths. Finding such corpses in the present day would be a challenge.

“We were very lucky to observe GRB 090323 when it was still sufficiently bright, so that it was possible to obtain spectacularly detailed observations with the VLT. Gamma-ray bursts only stay bright for a very short time and getting good quality data is very hard. We hope to observe these galaxies again in the future when we have much more sensitive instruments, they would make perfect targets for the E-ELT,” concludes Savaglio.

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *