Pierwszy bąbel w międzygalaktycznej zupie
Zespół astrofizyków odkrył we wczesnym Wszechświecie protogromadę galaktyk otoczoną gazem, który jest zaskakująco gorący.
Symulowana wizualizacja przedstawia scenariusz wielkoskalowego ogrzewania wokół protogromady galaktyk, wykorzystując dane z symulacji superkomputerowych. Źródło: The THREE HUNDRED Collaboration
Ten palący gaz obejmuje region, który składa się z gigantycznego zbioru galaktyk nazwanego COSTCO-I. Zaobserwowany, gdy Wszechświat był 11 miliardów lat młodszy, COSTCO-I pochodzi z czasów, gdy gaz wypełniający większość przestrzeni poza widocznymi galaktykami, zwany ośrodkiem międzygalaktycznym, był znacznie chłodniejszy. W tej epoce, znanej jako „kosmiczne południe”, galaktyki we Wszechświecie znajdowały się u szczytu formowania się gwiazd; ich stabilne środowisko było pełne zimnego gazu, którego potrzebowały do formowania się i wzrostu, a temperatury wynosiły około 10 000o C.
W przeciwieństwie do tego, kocioł gazu związany z COSTCO-I wydaje się wyprzedzać swoje czasy, prażąc się w gorącym, złożonym stanie; jego temperatury przypominają dzisiejszy ośrodek międzygalaktyczny, który ma od 100 000 do 10 milionów stopni Celsjusza, często nazywany ciepłym-gorącym ośrodkiem międzygalaktycznym (ang. warm-hot intergalactic medium – WHIM).
Odkrycie to jest pierwszym przypadkiem, w którym astrofizycy zidentyfikowali skrawek starożytnego gazu wykazującego cechy współczesnego ośrodka międzygalaktycznego; jest to zdecydowanie najwcześniejsza znana część Wszechświata, która osiągnęła temperaturę dzisiejszego WHIM.
Badania, którymi kieruje zespół z Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU, część Uniwersytetu Tokijskiego), zostały opublikowane 14 marca 2023 roku w The Astrophysical Journal Letters.
Jeżeli pomyślimy o dzisiejszym ośrodku międzygalaktycznym jako o gigantycznym kosmicznym gulaszu, który gotuje się i pieni, to COSTCO-I jest prawdopodobnie pierwszą bańką, którą astronomowie zaobserwowali w epoce w odległej przeszłości, kiedy większość garnka była wciąż zimna – powiedział Khee-Gan Lee, adiunkt w Kavli IPMU i współautor artykułu.
Zespół obserwował COSTCO-I, gdy Wszechświat miał zaledwie ¼ obecnego wieku. Protogromada galaktyk ma całkowitą masę ponad 400 bilionów mas Słońca i rozciąga się na kilka milionów lat świetlnych.
Podczas gdy astronomowie obecnie regularnie odkrywają takie odległe protogromady galaktyk, zespół odkrył coś dziwnego, gdy sprawdzał widma ultrafioletowe obejmujące region COSTCO-I za pomocą Spektrometru Obrazowania o Niskiej Rozdzielczości (LRIS) Obserwatorium Kecka. W normalnych warunkach duża masa i rozmiar protogromad galaktyk rzucałyby cień na długość fal charakterystyczne dla neutralnego wodoru, związanego z gazem protogromady.
W lokalizacji COSTCO-I nie znaleziono takiego cienia absorpcji.
Byliśmy zaskoczeni, ponieważ absorpcja wodoru jest jednym z powszechnych sposobów poszukiwania protogromady galaktyk, a inne protogromady w pobliżu COSTCO-I wykazują ten sygnał absorpcji – powiedział student studiów magisterskich na Uniwersytecie Tokijskim i główny autor badania. Czułe możliwości LRIS w zakresie ultrafioletu pozwoliły nam wykonać mapy gazu wodorowego z dużą pewnością, a sygnatury COSTCO-I po prostu tam nie było.
Brak neutralnego wodoru w protogromadzie oznacza, że gaz w niej musi być podgrzany do temperatury prawdopodobnie miliona stopni, znacznie powyżej stanu chłodnego oczekiwanego dla ośrodka międzygalaktycznego w tej odległej epoce.
Właściwości i pochodzenie WHIM pozostają obecnie jednym z największych pytań w astrofizyce. Możliwość zajrzenia do jednego z wcześniejszych miejsc ogrzewania WHIM pomoże ujawnić mechanizmy, które spowodowały, że gaz międzygalaktyczny zagotował się w obecną pianę – powiedział Lee. Istnieje kilka możliwości, jak to się może dziać, ale może to być albo od podgrzewania gazu podczas zderzania się ze sobą podczas kolapsu grawitacyjnego, albo olbrzymie strumienie radiowe mogą pompować energię z supermasywnych czarnych dziur w obrębie protogromady.
Ośrodek międzygalaktyczny służy jako zbiornik gazu, który dostarcza surowiec do galaktyk. Gorący gaz zachowuje się inaczej niż zimny, co decyduje o tym, jak łatwo może przepływać do galaktyk, by uformować gwiazdy. W związku z tym, mając możliwość bezpośredniego badania wzrostu WHIM we wczesnym Wszechświecie astronomowie mogą zbudować spójny obraz formowania się galaktyk i cyklu życia gazu, który je napędza.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
.jpg)
