Przejdź do treści

Gaz opadający po spirali karmi młode galaktyki

img

Galaktyki rosną, gromadząc gaz ze swojego otoczenia i przekształcając go w gwiazdy, ale szczegóły tego procesu pozostają mroczne. Nowe obserwacje, wykonane przy użyciu Keck Cosmic Web Imager (KCWI) w Obserwatorium W. M. Keck na Hawajach, dostarczają najbardziej wyraźnych i najbardziej bezpośrednich dowodów, że włókna chłodnego gazu spiralnie opadają na młode galaktyki, dostarczając paliwa dla gwiazd.

Przez lata astronomowie dyskutowali, w jaki sposób dokładnie gaz przedostaje się do centrum galaktyk. Czy nagrzewa się gwałtownie, gdy zderza się z otaczającym gorącym gazem? Czy może płynie wzdłuż cienkich, gęstych włókien, pozostając stosunkowo zimnym? „Współczesna teoria sugeruje, że odpowiedzią jest prawdopodobnie mieszanka obu, ale udowodnienie istnienia tych zimnych strumieni gazu pozostawało głównym wyzwaniem do tej pory” – mówi współautor pracy Donal O'Sullivan, doktorant w grupie, która zbudowała część KCWI.

KCWI, zaprojektowana i zbudowana w Caltech, jest najnowocześniejszą kamerą do obrazowania spektralnego. Pozwala astronomom na robienie zdjęć w taki sposób, aby każdy piksel na obrazie zawierał rozproszone widmo światła. Zainstalowana na Keck na początku 2017 roku, KCWI jest następcą Cosmic Web Imager (CWI), instrumentu, który działa w Obserwatorium Palomar koło San Diego od 2010 roku.  KCWI ma osiem razy większą rozdzielczość przestrzenną i dziesięć razy większą czułość, niż CWI.

Pytanie, w jaki sposób galaktyki i gwiazdy powstają z sieci cienkich włókien w przestrzeni – znanej jako kosmiczna sieć – fascynuje Christopher Martin, profesora fizyki w Caltech i głównego autora pracy, od czasów, gdy był jeszcze studentem. Aby znaleźć odpowiedzi, kierował zespołami, które zbudowały zarówno CWI, jak i KCWI. W 2017 r. Martin i jego zespół wykorzystali KCWI do pozyskania danych o dwóch aktywnych galaktykach - kwazarach – nazwanych UM 287 i CSO 38, jednak to nie kwazary jako takie chcieli badać. W pobliżu każdego z tych dwóch kwazarów znajduje się rosnąca galaktyka wewnątrz własnej olbrzymiej mgławicy, większej niż Droga Mleczna i widocznej dzięki silnemu oświetlaniu przez kwazary. Patrząc na światło emitowane przez wodór w mgławicach – w szczególności na linię wodoru Lyman-alfa – byli w stanie odwzorować prędkość gazu. Z wcześniejszych obserwacji w Palomar zespół już wiedział, że w mgławicy występują oznaki rotacji, ale dane z Kecka ujawniły znacznie więcej.

„Kiedy używaliśmy wcześniej CWI w Palomar, byliśmy w stanie zobaczyć coś, co wygląda jak rotujący dysk gazu, ale nie mogliśmy dostrzec żadnych włókien. Teraz, wraz ze wzrostem czułości i rozdzielczości z KWCI, mamy bardziej zaawansowane modele i widzimy, że obiekty te są zasilane przez gaz płynący z dołączonych włókien, co jest mocnym dowodem na to, że kosmiczna sieć jest połączona z tym dyskiem i go zasila” – mówi O'Sullivan.

Martin i współpracownicy opracowali model matematyczny wyjaśniający prędkości, które obserwowali w gazie, i przetestowali go na galaktykach w pobliżu UM 287 i CSO 38, a także na symulowanej galaktyce.

Odkrycia dostarczają najlepszych jak dotąd dowodów na model formowania się galaktyk z zimnego przepływu gazu, gdzie jest on przekształcany w gwiazdy. Zanim model ten stał się popularny, naukowcy zaproponowali, aby galaktyki wciągały gaz i podgrzewały go do skrajnie wysokich temperatur. Stąd sądzono, że gaz stopniowo ochładza się, zapewniając stały, ale powolny dopływ paliwa do gwiazd. W 1996 roku badania przeprowadzone Charlesa Steidela z Caltech, prof. astronomii Lee A. DuBridge i współautora nowego badania, podważyły ten model. On i jego koledzy wykazali, że odległe galaktyki wytwarzają gwiazdy z bardzo dużą szybkością - zbyt szybko, aby można to było wyjaśnić powolnym osiadaniem i chłodzeniem gorącego gazu, co było preferowanym modelem dla zaopatrywania w paliwo młodych galaktyk.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Spiraling Filaments Feed Young Galaxies

Źródło: Caltech

Na zdjęciu: Wizja artystyczna wciąż rosnącej galaktyki zasilanej spiralnymi włóknami gazu. Źródło: Adam Makarenko/W. M. Keck Observatory