Zaobserwowano odległą galaktykę zasilaną przez pierwotne kosmiczne paliwo

Obraz galaktyki z napływem schłodzonego gazu, wygenerowane poprzez rendering procesu rozkładu gazu w symulacji komputerowej. Strumień pierwotnego, wpływającego gazu jest podświetlany od tyłu przez światło kwazara (widoczny jest on po lewej na samym dole, i podobnie jak inne gwiazdy tła został sztucznie dodany do obrazu samej symulacji). Wykorzystując dane zebrane przez Teleskop Kecka naukowcy dokonali pierwszej jednoznacznej detekcji akrecji pierwotnego gazu na galaktykę, w której miały miejsce intensywne procesy gwiazdotwórcze. Wcześniej zjawisko to zostało przewidziane przez teoretyków na drodze symulacji komputerowych. Źródło: MPIA (G. Stinson / A. V. Macciò)

Astronomowie zaobserwowali chłodne strugi pierwotnego wodoru – szczątki materii pozostałej po Wielkim Wybuchu, które zasilały paliwem odległe, gwiazdotwórcze galaktyki wczesnego Wszechświata. Obfity przepływ gazu na galaktyki uważany jest za niezwykle istotny z punktu widzenia wyjaśnienia procesów zachodzących w erze obfitego formowania się gwiazd. Odkrycie to było możliwe dzięki obserwacjom jasnych, dalekich kwazarów, które zachowują się jak kosmiczne latarnie morskie, oświetlające od tyłu obłoki gazu.

Przegląd takich układów absorbujących obejmuje obserwacje wykonywane przy pomocy jednego z największych teleskopów optycznych świata – LBT (ang. Large Binocular Telescope), oraz spektrografu Echelle, zainstalowanego na 10-metrowym teleskopie Keck I na Hawajach. Badania zainspirowane zostały dyskusją nad tym, jak galaktyki , również takie jak nasza Mleczna Droga, formowały się we wczesnym Kosmosie. Kosmologowie uważają, że być może były one niegdyś zasilane rozległymi obłokami pierwotnego wodoru, w teorii powszechnymi w ośrodku międzygalaktycznym.

Mniej więcej dziesięć miliardów lat temu, gdy Wszechświat liczył sobie jedynie jedną piątą swojego obecnego wieku, wczesne protogalaktyki były niezwykle aktywne pod względem zachodzących w nich procesów gwiazdotwórczych. A ponieważ gwiazdy takie powstawały z gazu, tak duże tempo formowania się ich wymagało ciągłego dopływu pewnego kosmicznego paliwa. Wykonane w naszym dziesięcioleciu symulacje komputerowe pokazują nam, jak galaktyki te formują się i w jaki sposób mogą być zasilane. Gaz opada na nie jakby lejami, zimnymi strumykami, podobnie jak roztapiający się śnieg, który tworzy górskie jeziora. W ten sposób ma miejsce stały dopływ gwiazdotwórczego surowca.

Zbadanie tego na drodze obserwacyjnej stanowiło jednak spore wyzwanie. Taki gaz obecny na brzegach galaktyk jest bardzo silnie rozrzedzony i emituje niewiele światła. To sprawiło, że badacze szukali nie samego gazu, a raczej pewnych kosmicznych zbiegów okoliczności. Wiadomo bowiem, że kwazary stanowią niezwykle jasną fazę w cyklu życia galaktyk, podczas której są najsilniejszymi obiektami we Wszechświecie. Zasila je materia gwiazdowa i pyłowa, opadająca i akreująca na czarną dziurę. Z punktu widzenia nas, ziemskich obserwatorów, bardzo rzadko odległe kwazary tła i strumienie pierwotnego gazowego paliwa w pobliżu położonych bliżej od nich galaktyk dokładnie na siebie nachodzą, tak, by obserwacja absorpcji światła kwazarów przez gaz galaktyczny mogła być bezpośrednio obserwowana. Gaz taki dość wybiórczo pochłania światło na pewnych częstotliwościach, zwanych przez astronomów liniami absorpcyjnymi. Wzory i kształty takich linii są jak gdyby kosmicznym kodem kreskowym, który można odkodować i odtworzyć na tej podstawie skład chemiczny, gęstość i temperaturę gazu w obłoku absorbującym.

Za pomocą tych technik badawczych zespół naukowy kierowany przez Neila Crightona z Instytutu Maxa Plancka i Uniwersytetu Swinburne w Melbourne zdołał znaleźć najlepsze jak dotąd dowody na przepływ pierwotnego gazu na galaktyki. Kwazar Q1442-MD50 jest od nas tak odległy, że jego światło leciało do nas przez 11 miliardów lat. Galaktyka z gazem absorbującym jego światło znajduje się z kolei w odległości 190 000 lat świetlnych od niego – czyli dość blisko jak na kosmiczne warunki. Dzięki temu można było dostrzec pełną sylwetkę jej widma absorpcyjnego.

Kluczowe było znalezienie linii należących do deuteru – stabilnego izotopu wodoru z dwoma neutronami w jądrze atomowym. Wodór zwykły, deuter oraz hel musiały zdaniem kosmologów powstać w większości w zaledwie kilka minut po Wielkim Wybuchu, gdy młody Kosmos był jeszcze na tyle gorący, by mogły w nim zachodzić reakcje jądrowe. Wszystkie cięższe pierwiastki, takie jak węgiel, azot czy tlen, zostały utworzone znacznie później, w gorących wnętrzach gwiazd. Ponieważ jednak zachodzące w tych niezwykle skrajnych warunkach reakcje zachodzące z atomami wrażliwego deuteru zniszczyłyby ostatecznie niemal cały ten izotop, jego okrycie we wspomnianych wyżej obłokach gazu świadczyć może o tym, że gaz ten jest naprawdę dziewiczy i pierwotny – w tym sensie, że powstał bezpośrednio po Wielkim Wybuchu. To zatem pierwszy taki przypadek w historii astronomii – odkryto nie tylko galaktykę z gazem, który absorbuje światło pobliskiego kwazara, ale i gaz ten ma przewidziane teoretycznie właściwości.

Długoterminowym celem naukowców zaangażowanych w tej projekt jest jednak znalezienie około dziesięciu podobnych przypadków. Da to możliwość ich lepszego porównania z modelami teoretycznymi oraz pole do dalszych spekulacji.

Oryginalny artykuł „Metal-Poor, Cool Gas in the Circumgalactic Medium of a z = 2.4 Star-Forming Galaxy: Direct Evidence for Cold Accretion?



Źródło: Elżbieta Kuligowska | Źródło: astronomy.com

Liczba odsłon: 1401