Если вы спросите большинство людей, из чего состоит галактика, они ответят, что она состоит из звезд. Наша собственная галактика, Млечный Путь, является домом для от 100 до 300 миллиардов звезд, и мы можем видеть тысячи из них невооруженным глазом. Но большая часть массы галактики на самом деле представляет собой газ, и количество этого газа трудно измерить.
Исследователи нашли способ увидеть, как далеко этот газ распространяется в космос.
Один из фундаментальных вопросов о галактиках касается их размера. Например, если мы ограничим наши наблюдения звездами, наша галактика будет иметь размер около 26,8 килопарсека, или около 87 000 световых лет в поперечнике. Размер нашей соседки, Андромеды, составляет около 46,56 кпс или 152 000 световых лет в поперечнике. Но действительно ли эти размеры определяют размеры?
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy, исследователи измерили диапазон газа, выходящий за пределы звездного населения галактики. Исследование называется «Эмисионная карта перехода диск-окологалактическая среда во вспышке звезды IRAS 08339+6517». Ведущий автор — Николь Нильсен, исследователь из Суинбернского университета и ASTRO 3D, а также доцент Университета Оклахомы.
Галактики имеют газообразные гало, которые служат резервуарами звездообразующего материала, называемого окологалактической средой (CGM). CGM граничит с межгалактической средой (IGM), которая состоит из еще большего количества газа, существующего между галактиками. За CGM, как известно, трудно наблюдать, поскольку он настолько разбросан и обширен. Но она составляет около 70% типичной галактики (без учета темной материи) и играет важную роль. «Этот резервуар диффузного газа, окологалактическая среда, действует как интерфейс между галактикой и космической паутиной, соединяющей галактики», — объясняют авторы в своей статье.
Астрономы полагаются на яркие фоновые объекты для наблюдения CGM. Такие вещи, как далекие квазары, пульсары и другие галактики, могут заставить газ светиться и позволить астрономам измерить его спектры. Но это работает только в том случае, если все выровнено правильно, и создает только лучевое изображение галактики.
В этом новом исследовании группа астрономов нашла другой способ наблюдения CGM. Они использовали Keck Cosmic Web Imager (KCWI) на 10-метровом телескопе Кека на Гавайях, чтобы наблюдать газ вокруг IRAS 08339+6517. Вместо ограниченного изображения газа в виде луча они смогли увидеть газовые облака далеко за пределами типичных границ галактики, на расстоянии до 100 000 световых лет от предела звездного света, который обычно определяет галактику.
«Мы представляем спектроскопию интегрального поля эмиссионных линий с разрешением в килопарсек, которые отслеживают холодный ионизированный газ от центра соседней галактики до 30 кпк в ее окологалактическую среду», — пишут авторы. В своей статье они объясняют, что «…мы получаем эквивалент тысяч квазарных линий зрения вокруг одной галактики».
IRAS 08339+6517 — галактика со вспышкой звезд, расположенная на расстоянии около 56 кпк. Звездообразная галактика — это галактика, в которой звезды рождаются с исключительно высокой скоростью. Изображения Хаббла показывают, что это спиральная галактика, видимая спереди, и 90% ее звездного света содержится в радиусе около 2,4 кпк. «В отличие от обычных спиралей, она обладает довольно экстремальными свойствами: скорость звездообразования (SFR) составляет 12,1 солнечных масс в год.-1), что примерно в десять раз превышает типичное для ее массы и звездного населения, в котором преобладают очень молодые (около 4-6 миллионов лет) звезды», — пишут авторы.
Исследователи обнаружили, что физические свойства водорода и кислорода в газе изменились по мере расширения CGM за пределы галактики. Изменение было повсеместным на определенном расстоянии и предполагает, что газ взаимодействует с различными источниками энергии.
«Мы находили его везде, куда бы ни посмотрели, и это было действительно интересно и удивительно», — сказал ведущий автор Нильсен. «Сейчас мы видим, где заканчивается влияние галактики, переход, когда она становится частью большего количества того, что окружает галактику, и, наконец, где она присоединяется к большей космической сети и другим галактикам. Обычно это все размытые границы».
«Но в данном случае мы, кажется, нашли в этой галактике довольно четкую границу между ее межзвездной средой и ее окологалактической средой», — сказал профессор Нильсен.
«В CGM газ нагревается чем-то иным, чем типичные условия внутри галактик; «Это, вероятно, включает в себя потепление от диффузных выбросов галактического сообщества во Вселенной, и потрясения также могут способствовать этому», — сказал доктор. Нильсен.
Пределом является то, что газ внутри галактики нагревается иначе, чем за ее пределами. Внутри диска галактики газ фотоионизируется областями звездообразования HII (ионизированный атомарный водород). На больших расстояниях газ ионизируется ударными волнами или внегалактическим ультрафиолетовым фоном.
«Это интересное изменение важно и дает некоторые ответы на вопрос, где заканчивается галактика», — говорит она.
![Этот исследовательский рисунок показывает пространственное распределение ионизированного газа в CGM в масштабах килопарсек. Выбросы от [Oiii] ?5007 в CGM IRAS08 простирается как минимум на 30 кпк от центра галактики. Синий прямоугольник представляет поле зрения KCWI, охватывающее диск галактики (карта излучения не показана). Контуры HI указывают на уровни постоянной плотности столбцов HI из Очень Большой Решетки, где нить IRAS08 тянется к меньшей галактике-компаньону на расстоянии 60 кпк. Изображение предоставлено: Нильсен и др. 2024.](/wp-content/uploads/2024/09/Starburst-Galaxy-CGM-IGM.jpg "Истинный размер галактик намного больше, чем мы думали")
Эти результаты способствуют одной из самых интересных тем астрономии: как развиваются галактики?
Газ поступает в галактики и становится топливом для дальнейшего звездообразования. В то же время газ вытекает из галактики в рамках звездной обратной связи. Существует три основных типа галактик: галактики со вспышкой звездообразования с экстремальным звездообразованием, галактики с погашением звездообразования с очень небольшим звездообразованием и галактики между ними. Газ в CGM и IGM играет роль в газовом балансе галактики.
IRAS08 демонстрирует удивительно сильный истечение газа, но его профиль металличности плоский и плоский. Астрономы обычно предполагают, что галактики с такой металличностью и высоким значением SFR поглощают значительные количества газа. Другие научные наблюдения IRAS08 указывают на «быстрый приток газа в центр диска, вызывающий очень сильную звездную вспышку и последующий сильный отток», объясняют авторы.
Однако IRAS 08 — сложный объект, который также взаимодействует с соседней галактикой. «Наблюдения VLA за газом HI вокруг IRAS08 выявили нить, простирающуюся на расстояние около 40 кпк от галактики и содержащую 70% нейтрального газа в системе», — пишут авторы. Эта нить взаимодействует с соседней галактикой на расстоянии около 60 кпк, что составляет лишь одну десятую массы IRAS-08.
Авторы говорят, что это взаимодействие с соседом может способствовать звездообразованию, но нет никаких доказательств того, что оно влияет на морфологию IRAS-08. Похоже, это не первый этап возможного слияния.
Обнаружение границы между CGM и IGM может стать решающим шагом в понимании циркуляции газа в галактиках и из них, а также того, как газ может взаимодействовать с соседями без слияния.
«Окологалактическая среда играет важную роль в этом круговороте газа», — говорит доктор. Нильсен. «Теперь, когда мы понимаем, как выглядит CGM вокруг галактик разных типов — тех, в которых звезды формируются, тех, в которых звезды больше не формируются, и тех, которые находятся в процессе перехода между ними, — мы можем наблюдать различия в этом газе, который может быть причиной различий внутри самих галактик, а изменения в этом резервуаре могут фактически вызывать изменения внутри самой галактики».
У природы есть лишь несколько дискретных границ. Все взаимодействует с другими вещами, включая массивные галактики. Взаимодействие является ключом к пониманию.
Эти результаты могут дать совершенно новое понимание взаимодействия галактик, газа и звезд, а также эволюции галактик.
