Pressemeddelelse

Det Mørke Stof betød ikke så meget i galakserne i det tidlige Univers

Det ser ud til, at de fjerne galakser var domineret af normalt stof, viser observationer med VLT

15. marts 2017

Nye observationer viser nyt om tunge galakser med intens stjernedannelse langt tilbage, da galakserne blev dannet for 10 milliarder år siden. De unge galakser var domineret af baryonisk stof - det, vi også kan kalde "normalt" stof. Det er i stærk kontrast til vore dages galakser, hvor virkningen af de ukendte mørke stof er meget større. Mørkt stof ser ud til ikke at have så stor indflydelse i det tidlige Univers, viser det sig ifølge nye observationer med ESOs Very Large Telescope. De nye forskningsresultater offentliggøres i fire artikler, hvoraf den ene udgives i tidsskriftet Nature i denne uge.

Det normale stof ser vi som de klare stjerner og som de lysende skyer af gas og støv. Med det hemmelighedsfulde mørke stof udsender ikke lys, og det opfanger eller reflekterer heller ikke lyset. Det kan kun afsløres fordi det har tyngdekraft. Det er tilstedeværelsen af mørkt stof, som forklarer, hvorfor de ydre dele af de nære spiralgalakser roterer hurtigere rundt, end vi ville forvente, hvis der kun var det normale stof tilstede, som vi direkte kan iagttage[1].

Et interneationalt hold astronomer ledet af Reinhard Genzel fra Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i Garching, Tyskland har brugt instrumenterne KMOS og SINFONI ved ESOs Very Large Telescope i Chile [2] til at måle rotationen af seks tunge galakser med stjernedannele i det tidlige Univers, fanget for 10 milliarder år siden; lige da stjernedannelsen toppede.

De fandt noget forunderligt: til forskel fra spiralgalakserne i det moderne Univers, ser de ydre dele af disse fjerne galakser ud til at rotere langsommere end områder i dem, som er tættere ved centret. Det antyder, at der er mindre mængder af mørkt stof tilstede end forventet[3].

"Til vores overraskelse er rotationshastighederne ikke konstante - de aftager længere ude i galakserne," fortæller Reinhard Genzel, som er hovedforfatter på artiklen i Nature. "Der er sandsynligvis to grunde til det. For det første er de fleste af disse tidlige tunge galakser domineret af normalt stof, så mørkt stof altså spiller en langt ringere rolle end i det lokale Univers. For det andet er der meget mere turbulens i disse tidlige skiver, end i de spiralgalkser, som vi ser i vores kosmiske nabolag."

Begge effekter ser ud til at blive mere markante efterhånden som astronomerne ser længere og længere tilbage i tiden; tilbage i det unge Univers. Det antyder, at gassen i galakserne allerede 3 til 4 milliarder år efter Big Bang var ganske effektivt samlet i flade roterende skiver, mens skyen af mørkt stof omkring dem endnu var meget større og mere udbredt. Det tog åbenbart milliarder af flere år for det mørke stof at falde sammen i skiven. Den dominerende effekt af det mørke stof ser vi derfor først i rotationshastighederne i de ydre galakse dele af nutidens galakser.

Den forklaring passer sammen med, at andre observationer viser, at de tidlige galakser også var meget rigere på gas og mere kompakte end de nuværende galakser.

De seks galaker, som er kortlagt i undersøgelsen her, er den del af et større udvalg på hundrede fjerne galakser med stjernedannelse. De er undersøgt med instrumenterne KMOS og SINFONI ved ESOs Very Large Telescope på Paranal Observatoriet i Chile. Ud over de individuelle målinger af galakserne, som beskrevet ovenfor, blev der også udregnet gennemsnitlige rotationskurver ved at indregne de svagere registreringer fra de andre galakser. Denne sammensatte kurve viste den samme tendens til aftagende hastighed væk fra galaksecentrene. To yderligere undersøgelser af 240 galakser støtter disse opdagelser.

Detaljerede modeller viser, at mens normalt stof typisk udgør omkring halvdelen af den samlede masse for alle galakser i gennemsnit, så dominerer det altså helt bevægelserne for galakser med de største rødforskydninger - altså de fjerneste, og dermed yngste galakser.

Noter

[1] Skiven for en spiralgalakse roterer typisk i løbet af et tidsforløb på hundreder af millioner år. I spiralgalaksernes kerner er det en stor koncentration af stjerner, men tætheden af de lysende stof aftager ud imod randen. Hvis en galakses stof udelukkende bestod af normalt stof, ville de udtyndede yderområder rotere langsommere end de tætte områder inde omkring centrum. Observationer af forholdsvis nære spiralgalakser viser blot, at deres indre og ydre dele roterer med tilnærmelsesvis samme hastighed (næsten som om de var enorme CD'er af fast stof). Disse "flade rotationskurver” viser, at spiralgalakserne må indeholde store mængder af ikkelysende stof i den sky af mørkt stof omkrng hele galaksens skive.

[2] De analyserede data er indhentet med integral feltspektrometrene KMOS og SINFONI ved ESOs Very Large Telescope i Chile i forbindelse med oversigtsundersøgelserne KMOS3D og SINS/zC-SINF. Det er første gang, der er gjort så grundige undersøgelser af bevægelserne i en stor gruppe galakser med rødforskydninger i intervallet fra z omkring 0,6 til 2,6; svarende til 5 milliarder år i kosmisk tid.

[3] Det nye resultat ændrer ikke på, at vi har brug for mørkt stof til at forklare det totale stofindhold i Universet. Til gengæld tyder det på, at det mørke stof var anderledes fordelt i og omkring spiralgalkserne i de tidlige tider, end det er idag.

Mere information

Resultaterne her præsenteres i en artikel med titlen “Strongly baryon dominated disk galaxies at the peak of galaxy formation ten billion years ago”, af R. Genzel et al., i tidsskriftet Nature.

Forskerholdet består af R. Genzel (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland; University of California, Berkeley, USA), N.M. Förster Schreiber (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), H. Übler (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching,

Tyskland), P. Lang (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), T. Naab (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Tyskland), R. Bender (Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), L.J. Tacconi (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), E. Wisnioski (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), S.Wuyts (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland; University of Bath, Bath, UK), T. Alexander (The Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel), A. Beifiori (Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), S.Belli (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), G. Brammer (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA), A.Burkert (Max-Planck-Institut für Astrophysik, Garching, Tyskland; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland) C.M. Carollo (Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich, Switzerland), J. Chan (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), R. Davies (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), M. Fossati (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland), A. Galametz (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland), S. Genel (Center for Computational Astrophysics, New York, USA), O. Gerhard (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), D. Lutz (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland), J.T. Mendel (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland), I. Momcheva (Yale University, New Haven, USA), E.J. Nelson (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland; Yale University, New Haven, USA), A. Renzini (Vicolo dell'Osservatorio 5, Padova, Italy), R.Saglia (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland; Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland), A. Sternberg (Tel Aviv University, Tel Aviv, Israel), S. Tacchella (Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich, Switzerland), K.Tadaki (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland) and D. Wilman (Universitäts-Sternwarte Ludwig-Maximilians-Universität, München, Tyskland; Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Tyskland)

ESO er den fremmeste fællesnationale astronomiorganisation i Europa, og verdens langt mest produktive jordbaserede astronomiske observatorium. 16 lande er med i ESO: Belgien, Brazilien, Danmark, Finland, Frankrig, Italien, Nederlandene, Polen, Portugal, Spanien, Sverige, Schweiz, Storbritannien, Tjekkiet, Tyskland og Østrig, og desuden værtsnationen Chile. ESO har et ambitiøst program, som gør det muligt for astronomer at gøre vigtige videnskabelige opdagelser. Programmet har focus på design, konstruktion og drift af stærke jordbaserede observatorier. Desuden har ESO en ledende rolle i formidling og organisering af samarbejde omkring astronomisk forskning. ESO driver tre enestående observatorier i verdensklasse i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO VLT, Very Large Telescope, som er verdens mest avancerede observatorium for synligt lys, samt to oversigtsteleskoper. VISTA, som observerer i infrarødt, er verdens største oversigtsteleskop, og VLT Survey Teleskopet er det største teleskop bygget til at overvåge himlen i synligt lys. ESO er en af de største partnere i ALMA, som er det største eksisterende astronomiprojekt. For tiden bygges E-ELT, et 39 m optisk og nærinfrarødt teleskop på Cerro Armazones, tæt ved Paranal. Det bliver "verdens største himmeløje".

Links

• Research Paper 1 (Genzel et al., in Nature)
• Research Paper 2
• Research Paper 3
• Research Paper 4
• Photos of the VLT

Kontakter

Reinhard Genzel
Director, Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 3280
E-mail: genzel@mpe.mpg.de

Natascha M. Forster Schreiber
Senior Scientist, Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 3524
E-mail: forster@mpe.mpg.de

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-mail: rhook@eso.org

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1709 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.