Naukowcy korzystający z zaawansowanych technik głębokiego obrazowania dokonali przełomowych obserwacji ośrodka okołogalaktycznego odległej galaktyki, odkrywając otaczające go rozległe halo gazowe.
Gaz ten rozciąga się daleko poza widzialne światło gwiazd galaktyki i wydaje się odgrywać kluczową rolę w ewolucji galaktyk poprzez obieg gazu pomiędzy galaktykami. Badanie to sugeruje również, że ośrodki okołogalaktyczne naszej planety Droga Mleczna i sąsiednia galaktyka Andromedy już nakładają się na siebie i wchodzą w interakcje, co wskazuje na złożoną dynamikę międzygalaktyczną.
Interakcje i odkrycia międzygwiezdne
Jeśli ta galaktyka jest typowa, to badanie opublikowane dzisiaj (6 września) w Astronomia przyrodniczawskazuje, że nasza galaktyka wchodzi już w interakcję ze swoją najbliższą sąsiadką, Andromedą.
Gdzie kończy się galaktyka, a zaczyna przestrzeń kosmiczna? Wydaje się to prostym pytaniem, dopóki nie przyjrzysz się bliżej gazowi otaczającemu galaktyki, znanemu jako ośrodek okołogalaktyczny.
Odsłonięcie ośrodka okołogalaktycznego
Halo gazowe otaczające dysk gwiazdowy stanowi około 70% masy galaktyki – z wyłączeniem ciemnej materii – ale do tej pory pozostawało tajemnicą. W przeszłości gaz mogliśmy obserwować jedynie poprzez pomiar światła obiektu tła, np kwazarktóry jest pochłaniany przez gaz.
To ogranicza obraz chmury do belki przypominającej ołówek.
Zaawansowane obserwacje poza galaktyką
Jednak w nowym badaniu zaobserwowano ośrodek okołogalaktyczny galaktyki eksplodującej gwiazdami oddalonej o 270 milionów lat świetlnych od nas, wykorzystując nowe techniki głębokiego obrazowania, które były w stanie wykryć obłok gazu świecący poza galaktyką oddaloną o 100 000 lat świetlnych w przestrzeń kosmiczną tak daleko, jak jak mogli patrzeć.
Aby wyobrazić sobie ogrom tej chmury gazu, należy wziąć pod uwagę, że światło gwiazd galaktyki – to, co zwykle postrzegalibyśmy jako dysk – rozciąga się zaledwie 7800 lat świetlnych od jej centrum.
W bieżącym badaniu zaobserwowano fizyczne połączenie wodoru i tlenu z centrum galaktyki daleko w przestrzeń kosmiczną i wykazano, że zmieniły się warunki fizyczne gazu.
„Znaleźliśmy to wszędzie, gdzie spojrzeliśmy, co było naprawdę ekscytujące i w pewnym sensie zaskakujące” – mówi profesor nadzwyczajny Nikole M. Nielsen, główny autor artykułu i pracownik naukowy na Uniwersytecie w Swinburne i ASTRO 3D oraz adiunkt na Uniwersytecie Oklahoma.
Inni autorzy artykułu pochodzili ze Swinburne, Uniwersytetu Teksasu w Austin, Kalifornijskiego Instytutu Technologii, Pasadeny, Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego i Uniwersytetu w Durham.
Granica między galaktyką a przestrzenią
„Teraz widzimy, gdzie kończy się wpływ galaktyki, przejście, w którym staje się ona częścią większej części tego, co otacza galaktykę, i ostatecznie łączy się z szerszą kosmiczną siecią i innymi galaktykami. Są to zazwyczaj rozmyte granice” – mówi dr Nielsen.
„Ale w tym przypadku wydaje się, że znaleźliśmy w tej galaktyce dość wyraźną granicę pomiędzy ośrodkiem międzygwiazdowym a ośrodkiem okołogalaktycznym”.
W badaniu zaobserwowano, że gwiazdy jonizują gaz za pomocą swoich fotonów w galaktyce.
„W CGM gaz jest podgrzewany w wyniku czynników innych niż typowe warunki panujące wewnątrz galaktyk, prawdopodobnie obejmuje to nagrzewanie w wyniku rozproszonych emisji z galaktyk zbiorczych we Wszechświecie, a być może w pewnym stopniu przyczyniają się do tego wstrząsy” – mówi dr Nielsen.
„To właśnie ta interesująca zmiana jest ważna i dostarcza odpowiedzi na pytanie, gdzie kończy się galaktyka” – mówi.
Przełomy technologiczne w obserwacji galaktyk
Odkrycie było możliwe dzięki Keck Cosmic Web Imager (KCWI) zainstalowanemu na 10-metrowym teleskopie Kecka na Hawajach, który zawiera integralny spektrograf polowy i jest jednym z najczulszych działających instrumentów tego typu.
„Te jedyne w swoim rodzaju obserwacje wymagają bardzo ciemnego nieba, które jest dostępne tylko w Obserwatorium Keck na Mauna Kea” – powiedziała jedna z autorów artykułu, profesor nadzwyczajna w Swinburne, Deanne Fisher.
Naukowcy ASTRO 3D uzyskali dostęp do KCWI za pośrednictwem Uniwersytetu w Swinburne.
„Współpraca Swinburne’a z Obserwatorium WM Keck pozwoliła naszemu zespołowi naprawdę przesunąć granice tego, co jest możliwe”, mówi inny autor, profesor nadzwyczajny Glenn Kacprzak. „KCWI naprawdę zmieniło sposób, w jaki możemy teraz mierzyć i określać ilościowo rozproszony gaz wokół galaktyk”.
Dzięki instrumentowi zamiast przeprowadzać pojedynczą obserwację zapewniającą jedno widmo gazu w galaktyce, naukowcy mogą teraz uzyskać tysiące widm jednocześnie na jednym obrazie z KCWI.
„Po raz pierwszy udało nam się sfotografować halo materii wokół galaktyki” – mówi profesor Emma Ryan-Weber, dyrektor ASTRO 3D.
Badanie dodaje kolejny element do układanki będącej jednym z najważniejszych pytań w astronomii i ewolucji galaktyk – jak ewoluują galaktyki? Jak zdobywają gaz? Jak przetwarzają ten gaz? Gdzie ten gaz idzie.
Wgląd w ewolucję galaktyczną i interakcję
„Ośrodek okołogalaktyczny odgrywa ogromną rolę w obiegu tego gazu” – mówi dr Nielsen. „Tak więc, będąc w stanie zrozumieć, jak wygląda CGM wokół galaktyk różnych typów – tych, w których powstają gwiazdy, tych, które już nie tworzą gwiazd oraz tych, które przechodzą między nimi – możemy zaobserwować różnice w tym gazie , co może powodować różnice w samych galaktykach, a zmiany w tym zbiorniku mogą w rzeczywistości napędzać zmiany w samej galaktyce.”
Badanie bezpośrednio nawiązuje do misji ASTRO 3D. „Pomaga nam to zrozumieć, w jaki sposób galaktyki budują masę w czasie” – mówi profesor Ryan-Weber.
Odkrycia mogą również mieć wpływ na to, jak różne galaktyki oddziałują na siebie i jak mogą na siebie oddziaływać.
„Jest wysoce prawdopodobne, że CGM naszej Drogi Mlecznej i Andromedy już nakładają się na siebie i wchodzą w interakcje” – mówi dr Nielsen.
Odniesienie: „Mapa emisji przejścia dysku – ośrodka okołogalaktycznego w starburst IRAS 08339+6517” 6 września 2024 r., Astronomia przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41550-024-02365-x
