Przejdź do treści

Pierwszy bąbel w międzygalaktycznej zupie

Symulowana wizualizacja przedstawia scenariusz wielkoskalowego ogrzewania wokół protogromady galaktyk.

Zespół astrofizyków odkrył we wczesnym Wszechświecie protogromadę galaktyk otoczoną gazem, który jest zaskakująco gorący.

Ten gorący gaz występuje w regionie, który składa się z gigantycznego zbioru galaktyk nazwanego COSTCO-I. Zbiór ten pochodzi z czasów, gdy gaz wypełniający większość przestrzeni poza widocznymi galaktykami, zwany ośrodkiem międzygalaktycznym, był znacznie chłodniejszy (a sam Wszechświat 11 miliardów lat młodszy). W tej epoce, znanej jako „kosmiczne południe”, galaktyki w całym 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 dziesięć tysięcy stopni Celsjusza.

Natomiast kocioł gazu związany z COSTCO-I wydaje się wyprzedzać swoje czasy, gdyż praży się w gorącym, złożonym stanie; jego temperatury przypominają dzisiejszy ośrodek międzygalaktyczny, który ma od stu tysięcy do dziesięciu milionów stopni Celsjusza i często nazywany jest ciepłym-gorącym ośrodkiem międzygalaktycznym (ang. warm-hot intergalactic medium – WHIM).

To pierwszy przypadek, gdy astrofizycy zidentyfikowali obszar występowania „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 bulgocze, to COSTCO-I jest prawdopodobnie pierwszą bańką, którą astronomowie zaobserwowali 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 czterystu bilionów mas Słońca i rozciąga się na kilka milionów lat świetlnych. Podczas gdy astronomowie obecnie regularnie identyfikują takie odległe protogromady galaktyk, zespół odkrył coś dziwnego, gdy sprawdzał widma ultrafioletowe obejmujące region COSTCO-I za pomocą Spektrometru Obrazowania o Niskiej Rozdzielczości (Low-Resolution Imaging Spectrometer, LRIS) w Obserwatorium Kecka. W normalnych warunkach duża masa i rozmiar protogromad galaktyk wpływałyby na długość fal charakterystyczne dla neutralnego wodoru, związanego z gazem protogromady. W lokalizacji COSTCO-I nie znaleziono takiego cienia absorpcji.

Byliśmy zaskoczeni, ponieważ lokalizowanie miejsc absorpcji 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. Czułość LRIS w zakresie ultrafioletu pozwoliła 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 ponad 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  możliwe, że gaz rozgrzewa się podczas zderzania się ze sobą podczas kolapsu grawitacyjnego, albo olbrzymie strumienie radiowe pompują 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

Więcej informacji:


Źródło: Keck Observatory

Na ilustracji: Symulowana wizualizacja przedstawia scenariusz wielkoskalowego ogrzewania wokół protogromady galaktyk, wykorzystując dane z symulacji superkomputerowych. Źródło: The THREE HUNDRED Collaboration

Reklama