Po raz pierwszy bezpośrednio zaobserwowano ogromny wypływ gazu, rozciągający się daleko poza galaktykę. Badająca znaczenie wiatrów galaktycznych w odległej galaktyce, znanej jako Makani, międzynarodowa grupa astronomów z całego świata dokonała tego nowatorskiego odkrycia z pomocą Obserwatorium W. M. Kecka na Hawajach.
Wyniki badań opublikowanych niedawno w czasopiśmie „Nature” dostarczają nam pierwszych bezpośrednich dowodów na ważną rolę wiatrów galaktycznych – czyli wyrzutów gazu z galaktyk – w tworzeniu się ośrodka okołogalaktycznego (ang. circumgalactic medium, CGM). Otacza on galaktyki i aktywnie bierze udział w ich kosmicznej ewolucji. Unikalny skład galaktyki Makani (nazwa ta w języku hawajskim oznacza po prostu „wiatr”) idealnie nadaje się do tego typu badań; umożliwił też dokonanie tych przełomowych odkryć.
Makani nie jest typową galaktyką. To coś, co nazywa się często w astronomii późnym stadium galaktycznego mergera – czyli dwiema całkiem niedawno zlanymi ze sobą galaktykami o znacznej masie. Połączyły się one pod wpływem swej wzajemnej grawitacji. Tego rodzaju fuzje galaktyk często prowadzą do wybuchów aktywności gwiazdotwórczej, bowiem w ich trakcie znaczne ilości gazu obecnego w łączących się galaktykach ulegają sprężaniu, co powoduje zwiększenie tempa tworzenia się tam nowych gwiazd. Te nowe gwiazdy w przypadku Makani prawdopodobnie spowodowały ogromne odpływy materii występujące w całej galaktyce. Zachodziło to albo dzięki silnym wiatrom gwiazdowym, albo znacznie później i pod sam koniec ich życia, gdy gwiazdy te eksplodowały jako supernowe.
Wiemy, że większość gazu we Wszechświecie niewytłumaczalnie pojawia się w obszarach otaczających galaktyki – a nie w samych galaktykach. Gdy jednak astronomowie obserwują jakąś galaktykę, to zazwyczaj nie są świadkami tych dramatycznych wydarzeń, czyli wielkich połączeń, rearanżacji gwiazd, tworzenia się wielu nowych gwiazd czy napędzania ogromnych i szybkich wypływów materii. I choć zdarzenia te mogą wystąpić w pewnym momencie życia niemal dowolnej galaktyki, będą one stosunkowo krótkie. W przypadku Makani wszystko to wychwytujemy od razu, dzięki ogromnym odpływom gazu i pyłu z tej galaktyki.
Aby móc to lepiej zbadać, naukowcy wykorzystali dane zebrane przez jeden z najnowszych instrumentów zainstalowanych w Obserwatorium Kecka – Keck Cosmic Web Imager (KCWI). Dane te następnie przeanalizowano w połączeniu z obrazami z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a i z sieci ALMA – Atacama Large Millimeter Array. Wnioski są następujące: wykryto duże ilości zjonizowanego gazu tlenowego w bardzo dużych skalach, daleko poza samymi gwiazdami w galaktyce. Umożliwiło to dodatkowo rozróżnienie szybkiego wypływu gazu z galaktyki sprzed kilku milionów lat z innym wypływem gazu, zapoczątkowanym setki milionów lat wcześniej, który od tego czasu znacznie spowolnił. Ten wcześniejszy wypływ ma znaczenie dla materii i otoczenia w dużych odległościach od galaktyki, podczas gdy szybki niedawny wypływ nie miał na to zwyczajnie czasu.
Źródło: Jim Geach, David Tree & Peter Richardson, University of Hertfordshire.
Na obrazach w świetle widzialnym, pochodzących z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, naukowcy znaleźli zdjęcia gwiazd obecnych w Makani. Pokazują one, że jest to masywna, zwarta galaktyka, powstała w wyniku połączenia dwóch niegdyś oddzielnych galaktyk. Z danych pochodzących z sieci ALMA mogli z kolei wywnioskować, że wypływ zawiera zarówno cząsteczki, jak i atomy. Wszystko to wskazuje na to, że przy swej mieszanej populacji gwiazd starych, w średnim wieku i młodych galaktyka Makani może również zawierać zasłoniętą pyłem supermasywną czarną dziurę. Sugeruje to naukowcom, że właściwości Makani są zgodne z teoretycznymi modelami ewolucji wiatrów galaktycznych – także z tym, jak duże i szybkie powinny być te wiatry, jeśli są one tworzone na skutek wybuchów aktywności gwiazdotwórczej. Obserwacje i teoria są tutaj zgodne – podsumowują autorzy pracy.
Wypływy materii przenoszą gaz z galaktyki do otaczających ją regionów okołogalaktycznych, a także „wymiatają” więcej gazu z tego otoczenia podczas swego przemieszczania się. Poruszają się do tego z bardzo dużymi prędkościami, rzędu nawet tysięcy kilometrów na sekundę.
Czytaj więcej:
Źródło: Keck Observatory
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na ilustracji: Wielofazowy wiatr galaktyczny – porównanie zjonizowanego, obojętnego gazu atomowego i tzw. gazu molekularnego. Na powiększonym obrazie najbardziej wewnętrznych 40 kiloparseków w prawym górnym rogu nałożono emisję gazu cząsteczkowego – tlenku węgla (zielone kontury) na obraz emisji atomów magnezu, które śledzą obojętny gaz atomowy (barwny zarys z białymi konturami) w tym samym zakresie prędkości (-500 do +500 kilometrów na sekundę, gdzie prędkości ujemne są przesunięte w kierunku koloru niebieskiego, a dodatnie – czerwonego względem galaktyki). Powiększony widok w lewym dolnym rogu porównuje emisję cząsteczek o niskiej prędkości i zjonizowanych atomów tlenu, a gaz o wysokiej prędkości i zjonizowany gaz pokazano w prawym dolnym rogu. Cząsteczki, neutralne atomy i zjonizowany gaz dobrze odpowiadają sobie nawzajem przestrzennie, choć zjonizowany gaz rozciąga się daleko poza pozostałe dwie fazy gazowe. Źródło: David Rupke (Rhodes College).
Ilustracja powyżej: Gigantyczne wiatry galaktyczne otaczające masywną i zwartą galaktykę Makani. Kolory i białe linie konturowe pokazują ilość światła emitowanego przez zjonizowany gaz pochodzący z różnych części mgławicy tlenowej, od najjaśniejszego (kolor biały) po najsłabsze (fiolet). Środkowa część obrazu (czarna) pokazuje pełny zasięg galaktyki, lecz jej większa część skoncentrowana jest w samym centrum (małe zielone kółko). Osie pokazują odległość od centrum galaktyki w kiloparsekach. Źródło: Gene Leung (UC San Diego).
