3. juli 2018

Støvpartikler som i Mælkevejen opdaget i en galakse 11 milliarder lysår fra Jorden

Astrofysik:

Et internationalt forskerteam, med deltagelse fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet, har fundet den samme type interstellart støv som vi kender fra Mælkevejen, i en fjern galakse 11 milliarder lysår fra Jorden. Denne type støv har vist sig at være sjælden i andre galakser, og den nye opdagelse spiller en vigtig rolle for forståelsen af, hvad der skal til for at denne særlige slags interstellart støv kan dannes.

Opdagelsen af eftergløden. Til venstre ses et billede fra det såkaldte Pan-STARRS teleskop på Hawaii taget inden eksplosionen. Til højre ses et billede af den samme del af himlen taget med det Nordisk Optiske Teleskop få minutter efter at eksplosionen blev registret af Swift satellitten. 
Opdagelsen af eftergløden. Til venstre ses et billede fra det såkaldte Pan-STARRS teleskop på Hawaii taget inden eksplosionen. Til højre ses et billede af den samme del af himlen taget med det Nordisk Optiske Teleskop få minutter efter at eksplosionen blev registret af Swift satellitten. 

Støvet i galakser

Galakser er komplekse strukturer, der består af mange enkeltdele, fx stjerner, gas, støv og mørkt stof. Selvom støvet kun udgør en ringe del af den totale stofmængde i en galakse, spiller det en stor rolle for, hvordan stjerner dannes og hvordan lyset fra stjernerne slipper ud af galakserne.

Støvkorn kan nemlig både absorbere og sprede lys. Støvpartikler spiller også en afgørende rolle for dannelsen af planeter og dermed også for forståelsen af vores egen tilstedeværelse på Jorden.

Hvordan måler man på støv 11 milliarder lysår væk?

Støvet i galakser består af små korn af kulstof, silicium, jern, aluminium og andre tungere grundstoffer. Mælkevejen har et særligt stort indhold af kulholdigt støv, som har vist sige at være meget sjældent i andre galakser, men nu er en lignende støvtype altså fundet i nogle få, meget fjerne galakser, som forskerne har kunnet undersøge ved hjælp af lyset fra gammaglimt. Gammaglimt kommer fra tunge stjerner, der eksploderer, når brændstoffet i deres centre er brugt op. Eksplosionen får de døende stjerner til at udsende kraftige lysglimt, som astronomer kan bruge til at analysere, hvad galakserne består af. Helt specifikt kan de måle grundstofindholdet, og analysere sig frem til egenskaberne ved støv partiklerne, ved at undersøge det lys, der slipper ud af galakserne.

Efterglødmålinger

Spektre af eftergløden fra GRB 180325A taget med NOT og ESO/VLT X-shooter. Støvbumpet ses som den nedadgående bule, der er i spektrene omkring 7000 Å. Til sammenligning kan man se Mælkevejens støvbump i det lille indset til venstre. Credit: Tayyaba Zafar (AAO) et al.

Artikel i Astrophysical Journal Letters

Det kulholdige støv registreres i målingerne som et ”støvbump”, dvs. en høj værdi af støv med den nævnte sammensætning. Dette ultraviolette støvbump er nu blevet detekteret i et gammaglimt, som har fået navnet GRB180325A, og resultatet er netop blevet accepteret til publikation i tidskriftet Astrophysical Journal Letters. Hovedforfatter er Tayyaba Zafar som har udført sit PhD studium ved Niels Bohr Institutet i København, og som nu er ansat ved Angle Australian Observatory i Australien. Flere andre forskere fra NBI er medforfattere på artiklen.

Samarbejde mellem observatorier

GRB180325A blev detekteret af Neil Gehrels Swift Observatory (NASA) 28. Marts 2018. Swift er en satellitmission som registrerer gammastråler fra de døende stjerner. Når en sådan detektion fra satelitten tikker ind hos astronomerne, går en hektisk periode i gang. Astronomerne forsøger at observere den pågældende del af himlen så hurtigt som muligt, for at sikre den afgørende information der gør, at man kan studere det indre af den galakse eksplosionen kom fra. I dette tilfælde var Kasper Heintz, som tog sit speciale ved Niels Bohr Institutet og nu er PhD studerende ved Universitetet på Island, på vagt. Han aktiverede Nordisk Optisk Teleskop (NOT) på La Palma, hvor Professor Johan Fynbo fra Niels Bohr Institutet observerede for et andet projekt. De første observationer af lyset fra gammaglimtet blev sikret kun få minutter efter opdagelsen fra Swift.

Observationerne fra NOT viste, at stjernen var eksploderet i en galakse med rødforskydningen 2.25, hvilket betyder at lyset har været ca. 11 milliarder år undervejs. Observationerne viste med det samme, at støvbumpet, kendt fra Mælkevejen, var til stede i denne galakse. Efterfølgende observerede teamet gammaglimtet med X-shooter spektrografen på ESOs Very Large Telescope (European Southern Observatory) på bjerget Cerro Paranal i Chile. Alt i alt blev der sikret fire spektra af eftergløden fra gammaglimtet – alle med en klar og tydelig detektion af støvbumpet.

”Det er et smukt eksempel på, hvordan observatorier i rummet og Jorden rundt kan arbejde sammen og skabe gennembrud i forskningen. Arbejdet giver også anledning til at udtrykke stor tak til Carlsbergfondet, uden hvilken dansk astronomi hverken ville have adgang til Very Large Telescope eller NOT” udtaler Professor Johan Fynbo.

“Vores spektre viser, at tilstedeværelsen af atomart kulstof synes at være en betingelse for, at det støv der forårsager støvbumpet, kan dannes” udtaler Kasper Heintz.

Tidligere er støvbumpet set I observationer af fire andre gammaglimt, hvoraf den seneste detektion ligger 10 år tilbage.

“Yderligere observationer af denne type vil tillade os at finde flere galakser med dette støvbump, og dermed foretage en mere systematisk undersøgelse af ligheder og forskelle i støvsammensætningen gennem Universets historie og i galakser med forskellige egenskaber” udtaler Dr. Tayyaba Zafar.

Videnskabelig publikation:

T. Zafar and 28 coauthors, “The 2175 Å extinction feature in the optical afterglow spectrum of GRB 180325A at z=2.25”, 2018, Astrophysical Journal Letters (ApJL), accepted.

Kontakt: Johan Peter Uldall Fynbo, Dark Cosmology Centre, Juliane Maries Vej 30, 2100 København Ø. Email: jfynbo@nbi.ku.dk Telefon: +45 35 32 59 83 Mobil: +45 28 75 59 83