Богатая звездами часть каждой галактики окружена обширной газовой оболочкой, простирающейся более чем на 100 000 световых лет. Фото предоставлено: Кристи Робертс / ANU / ASTRO 3D
Вы когда-нибудь хотели поставить 150 000 долларов? Если вы правы, вы откроете новое окно во вселенную. Однако, если вы ошибаетесь, вы просто потратили много денег и времени.
Именно это сделала моя команда, когда мы направили телескоп Кека в обсерватории Мауна-Кеа на Гавайях на, казалось бы, пустое пространство в надежде обнаружить скрытый газ, который окутывает все галактики во Вселенной. В диспетчерской раздались аплодисменты, когда мы поняли, что наша игра окупилась.
В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nature Astronomy, мы показываем первое детальное изображение газовой оболочки вокруг галактики, которая простирается на 100 000 световых лет в «пустое» пространство. Если у нашего Млечного Пути есть подобное гало, оно, вероятно, уже взаимодействует с гало нашего ближайшего галактического соседа Андромеды.
Большая часть Вселенной состоит не из ярких звезд
Большая часть материи во Вселенной не находится в ярких звездах, которые составляют впечатляющие изображения галактик, которые мы видим. Во-первых, галактики окружены темной материей — астрономы полагают, что это какая-то экзотическая невидимая частица.
Но большая часть нормальной материи находится не в звездах, а в огромных газовых облаках, окружающих галактики.
Мы предполагаем, что эти гало вокруг галактик содержат 70-90% обычного вещества Вселенной (в основном состоящего из газов водорода, гелия, углерода, азота и кислорода).
Понимание этого диффузного газа, откуда возникли все звезды и планеты, которые мы видим, помогает нам лучше понять нашу собственную историю в самых крупных масштабах.
Однако это газовое гало распространено на огромных участках космоса, что делает его чрезвычайно слабым. Фактически, оно в 10 000–100 000 раз тусклее, чем яркие части галактик.
Эти газовые ореолы известны нам с 1950-х годов, когда астрономы обнаружили, что они поглощают определенные частоты проходящего через них света.
Однако эти измерения сводят огромные территории космоса, охватывающие сотни тысяч световых лет, к одной точке. Поэтому мы очень мало знаем о точном размере или форме гало или о том, как газ течет между ними и родительскими галактиками.
Как увидеть галактическое гало
Долгое время считалось, что невозможно запечатлеть изображение ореолов. Но ситуация изменилась с разработкой нового спектрографа — устройства для отображения спектра различных длин волн света на изображении — называемого «слайсером изображения».
Устройство для резки изображений позволяет нам захватывать спектроскопические изображения областей ночного неба, которые значительно более тусклые, чем с помощью инструментов предыдущего поколения.
Команда под руководством Криса Мартина из Калифорнийского технологического института (одного из наших сотрудников в этом проекте) построила сверхслабый спектрограф под названием Keck Cosmic Web Imager и поместила его на телескоп Кека. Кек — один из крупнейших оптических телескопов в мире, а его расположение на вулкане Мауна-Кеа на Гавайях — одно из лучших астрономических мест в мире.
С помощью нового устройства мы можем обнаруживать в небе очень слабые объекты.
Мы использовали этот инструмент для наблюдения за, казалось бы, пустым пространством вокруг галактики в течение одной ночи. За этим последовал интенсивный анализ данных, поскольку мы достигли предела возможностей телескопа.
Спасибо Никки Нильсен, ныне профессору Университета Оклахомы, которая руководила анализом данных и написанием статьи, работая в нашей команде в Университете Суинберна. К нашей радости, риск оправдался и предоставил данные, которые позволили нам создать изображение газового гало вокруг галактики.
Как выглядит газовая оболочка вокруг галактик?
Наша команда сделала снимки свечения газообразных водорода и кислорода на площади в десять раз большей, чем то, что обычно называют «галактикой».
Это было захватывающе! Во-первых, потому что это подтвердило теорию о том, что большая часть обычного вещества Вселенной находится в этих диффузных газовых ореолах.
Мы также заметили, что галактика не плавно «переходит» в окружающее гало. Происходит резкий переход от одного к другому.
В прошлом было много споров о природе этого перехода. В наших данных легко увидеть резкое изменение на краю, где расположено подавляющее большинство звезд.
Свечение газообразного кислорода вокруг звездообразной дисковой галактики IRAS 08339+6517 меняется от яркого (желтого) к темному (синему). Изображение предоставлено: Нильсен и др. / Природная астрономия
Почему мы вообще можем видеть нимб?
До сих пор остается загадкой, почему мы вообще можем видеть газ. Он светится, но мы не знаем почему.
Внутри галактики мы часто видим свечение газообразного водорода, но мы знаем, что там он светится, потому что он был нагрет мощным излучением близлежащих звезд. Однако за пределами галактики не хватает близлежащих звезд, чтобы нагреть газ настолько, чтобы объяснить наблюдаемое нами свечение.
Одна из возможностей состоит в том, что гало состоит из потоков газа, движущихся в разных направлениях. Когда потоки сталкиваются на высокой скорости, ударная волна заставляет их светиться.
Другая возможность заключается в том, что некоторые очень тяжелые звезды и некоторые черные дыры (обе внутри галактик) производят очень большое количество ультрафиолетового света. Часть этого света может выйти за пределы галактики и создать своего рода УФ-подсветку космоса.
В сочетании с быстродвижущимися газовыми потоками ультрафиолетового фонового излучения может быть достаточно, чтобы создать наблюдаемое нами свечение. Однако, чтобы сказать это с уверенностью, необходимы дальнейшие наблюдения.
Информация от: Разговором
