Astronomowie z Caltech ujawniają odległą protogalaktykę, połączoną z kosmiczną siecią

Zespół astronomów, pod przewodnictwem Caltech, odkrył gigantyczny, wirujący dysk gazu 10 miliardów lat świetlnych od nas – galaktykę w trakcie formowania, pobierająca aktywnie pierwotny gaz, pochodzący z Wielkiego Wybuchu. Używając zaprojektowanego i zbudowanego przez Caltech Cosmic Web Imager’a (CWI) w Palomar Observatory, badacze byli w stanie zobrazować protogalaktykę oraz stwierdzić, że jest ona połączona z włókna ośrodka międzygalaktycznego, kosmicznej sieci, złożonej z rozproszonego gazu, rozciągającego się pomiędzy galaktykami i wypełniającego Wszechświat.

Używając znajdującego się w Palomar Observatory Cosmic Web Imager’a, zespół astronomów pod przewodnictwem Caltech odkrył gigantyczny wirujący dysk gazu – protogalaktykę – pochłaniającą chłodny gaz z włókna kosmicznej sieci. Źródło: Caltech Academic Media Technologies

Odkrycie jest jak dotąd najsilniejszym dowodem obserwacyjnym na tak zwany model zimnego przepływu formowania galaktyk. Model stanowi, że we wczesnym Wszechświecie względnie chłodny gaz zapadał się z postaci kosmicznej sieci bezpośrednio w galaktyki, raptownie zasilając proces powstawania gwiazd.

Grafika jest połączeniem zdjęcia w świetle widzialnym odległego układu z danymi z Cosmic Web Imager (CWI). Widać, że włókno kosmicznej sieci (obrysowane dwiema równoległymi liniami) zasila w chłodny gaz protogalaktykę (zaznaczoną elipsą). Źródło: Martin/PCWI/Caltech

Praca, opisująca odkrycie oraz jego dokonanie przy użyciu CWI, jest już dostępna online i zostanie opublikowana 13 sierpnia w czasopiśmie Nature.

Jest to pierwszy rozstrzygający dowód na temat tego, jak formują się galaktyki. powiedział Christopher Martin, profesor fizyki na Caltech, główny badacz przy CWI, oraz wiodący autor publikacji. Nawet mimo widocznej w symulacjach i pracach teoretycznych rosnącej wagi zimnego przepływu, wciąż brakowało dowodów obserwacyjnych jego roli w formowaniu się galaktyk.

Astronomowie z Caltech omawiają odkrycia związane z formacją galaktyk.(ang)

Protogalaktyczny dysk, odkryty przez zespół, mierzy około 400 000 lat świetlnych – ma więc średnicę około czterokrotnie większą od Drogi Mlecznej. Znajduje się w układzie zdominowanym przez dwa kwazary, z których bliższy, UM287, jest tak umiejscowiony, że jego emisje działają jak błysk flesza oświetlając włókno kosmicznej sieci, dostarczające gaz do spiralnej protogalaktyki.

CWI jest zintegrowanym spektrografem pola, którego badaczy użyli stworzenia wielopasmowej mapy, pokazującej prędkości gazu w układzie względem jego centrum. Czerwony obszar dysku obraca się od nas, zaś niebieski – ku nam. Gaz wewnątrz włókna porusza się ze stałą prędkością, odpowiadającą niebieskiej części dysku. Źródło: Martin/PCWI/Caltech

W ostatnim roku, Sebastiano Cantalupo, wówczas w UC Santa Cruz (obecnie w ETH w Zurychu) oraz jego koledzy opublikowali pracę, również w Nature, ogłaszając odkrycie tego, co uznali za duże włókno obok UM287. Jednak to, co odkryli, było jaśniejsze, niż powinno być, gdyby faktycznie było to tylko włókno. Wydawało się więc, że powinno być tam coś jeszcze.

We wrześniu 2014, Martin i jego koledzy, w tym Cantalupo, postanowili kontynuować obserwacje układu przez CWI. Jako integralny spektrograf pola, CWI pozwolił zespołowi zebrać obrazy otoczenia UM287 w setkach częstotliwości jednocześnie, ujawniając szczegóły składu układu, rozkład masy oraz prędkości.

Martin i jego współpracownicy skupili się na przedziale ultrafioletu, zwanym linią Lyman-alfa. Linia ta, będąca sygnaturą gazu z atomów wodoru, jest powszechnie używana w astronomii do śledzenia pierwotnej materii.

Badacze zebrali zbiór obrazów widmowych, połączonych w mapę wielu częstotliwości, przedstawiającą obszar nieba wokół dwóch kwazarów. Dane te określiły miejsca w których gaz jest emitowany w paśmie Lyman-alfa, oraz pozwoliły określić prędkość, z jaką przemieszcza się on względem centrum układu.

Zdjęcia wyraźnie pokazują, że jest to wirujący dysk – można zobaczyć, że jedna strona porusza się ku nam, a druga się oddala. Można też zobaczyć włókno, rozszerzające się poza dysk. mówi Martin. Jego pomiary wskazują, że dysk wiruje z prędkością około 400 km/s, nieco szybciej, niż prędkość obrotowa Drogi Mlecznej.

Włókno posiada mniej lub bardziej stałą prędkość. Zasadniczo dostarcza do dysku gaz ze stałą prędkością. powiedział Matt Matuszewski (doktor habilitowany ’12), naukowiec instrumentów w grupie Martina i współautor publikacji. Gdy tylko gaz połączy się z dyskiem wewnątrz halo z ciemnej materii, jest pociągany przez wirujący gaz i ciemną materię w halo. Ciemna materia jest formą materii, która pozostaje niewidoczna, ale uważa się, że stanowi do 27% naszego Wszechświata. Uważa się, że galaktyki tworzą się wewnątrz rozległych halo z ciemnej materii.

Nowe obserwacje i pomiary dostarczają pierwszego bezpośredniego dowodu na tak zwany model zimnego przepływu formowania galaktyk.

Model ten, gorący dyskutowany od 2003 roku, kontrastuje ze starym spojrzeniem na powstawanie galaktyk. Standardowy model mówi, że gdy halo z ciemnej materii się zapada, pociąga dużą ilość normalnej materii w formie gazu, ogrzewając ją do niezwykle wysokich temperatur. Następnie gaz ten powoli stygnie, dostarczając stale, lecz powoli, chłodny gaz, z którego mogą powstać gwiazdy.

Model ten wydawał się dobry, dopóki w 1996 Chuck Steidel, profesor astronomii w Caltech Lee DuBridge, odkrył odległą rodzinę galaktyk, wytwarzających gwiazdy w bardzo szybkim tempie w zaledwie dwa miliardy lat po Wielkim Wybuchu. Standardowy model nie przewidywał ogromnych ilości paliwa, które było potrzebne do tak szybkiego formowania galaktyk.

Model zimnego przepływu dostarcza potencjalnego rozwiązania. Teoretycy sugerują, że względnie chłodny gaz, dostarczany przez włókno kosmicznej sieci, wpływa strumieniem bezpośrednio do protogalaktyk. Tam może się szybko kondensować, tworząc gwiazdy. Symulacje pokazują, że opadający gaz posiada ogromne ilości momentu obrotowego, który tworzy rozległy wirujący dysk.

Jest to bezpośrednie przewidywanie modelu zimnego przepływu, i dokładnie to widzimy – rozległy dysk o dużym momencie obrotowym, który możemy zmierzyć. mówi Martin.

Phil Hopkins, profesor asystujący astrofizyki teoretycznej w Caltech, nie zaangażowany w badania, określił nowe odkrycie jako nieodparte.

Jest to na prawdę ekscytujące jako dowód, że protogalaktyki połączone z siecią kosmiczną istnieją, oraz, że możemy je wykryć. powiedział. Oczywiście, chcielibyśmy wiedzieć teraz miliony rzeczy na temat tego, co właściwie robi ten gaz, opadając na galaktykę, jestem więc pewien, że będzie to kontynuowane.

Martin odnotował, że zespół zidentyfikował już kolejne dwa dyski, zdajace się pobierać gaz bezpośrednio z włókien kosmicznej sieci w taki sam sposób.

Dodatkowe osoby z Caltech, będące autorami publikacji Gigantyczny protogalaktyczny dysk połączony z kosmiczną siecią, to gówny badacz naukowy Patrick Morrissey, badacz naukowy James D. Neill oraz naukowiec od instrumentów Anna Moore z Caltech Optical Observatories. J. Xavier Prochaska z UC Santa Cruz i nieżyjący już absolwent Caltech, Daphne Chang, również są współautorami. Cosmic Web Imager został ufundowany z grantów od National Science Foundation oraz Caltech.


Napisała Kimm Fesenmaier

Przetłumaczono z: Caltech Astronomers Unveil a Distant Protogalaxy Connected to the Cosmic Web

Przetłumaczył: Łukasz Buczyński

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.