Astrophysiker haben am WM-Keck-Observatorium auf Maunakea in Hawaii einen Galaxien-Protocluster im frühen Universum entdeckt, der von überraschend heißem Gas umgeben ist.
Dieses sengende Gas umarmt eine Region, die aus einer riesigen Ansammlung von Galaxien namens COSTCO-I besteht. COSTCO-I wurde beobachtet, als das Universum 11 Milliarden Jahre jünger war, und stammt aus einer Zeit, als das Gas, das den größten Teil des Raums außerhalb der sichtbaren Galaxien ausfüllte, das so genannte intergalaktische Medium, deutlich kühler war. Während dieser Ära, die als „Cosmic Noon“ bekannt ist, befanden sich die Galaxien im Universum auf dem Höhepunkt der Sternentstehung; Ihre stabile Umgebung war voll von kaltem Gas, das sie brauchten, um sich zu bilden und zu wachsen, mit Temperaturen von etwa 10.000 Grad Celsius.
Im Gegensatz dazu scheint der mit COSTCO-I verbundene Gaskessel seiner Zeit voraus zu sein und in einem heißen, komplexen Zustand zu rösten; Seine Temperaturen ähneln dem heutigen intergalaktischen Medium, das von 100.000 auf über 10 Millionen Grad Celsius ansteigt und oft als „Warm-Hot Intergalactic Medium“ (WHIM) bezeichnet wird.
Diese Entdeckung ist das erste Mal, dass Astrophysiker einen Fleck alten Gases identifiziert haben, der Merkmale des modernen intergalaktischen Mediums aufweist; Es ist bei weitem der früheste bekannte Teil des Universums, der auf Temperaturen der heutigen LAUNE aufgekocht wurde.
Die Forschung, die von einem Team des Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU, Teil der University of Tokyo) geleitet wird, ist in veröffentlicht Die Briefe des astrophysikalischen Journals.
„Wenn wir uns das heutige intergalaktische Medium als einen gigantischen kosmischen Eintopf vorstellen, der kocht und schäumt, dann ist COSTCO-I wahrscheinlich die erste Blase, die Astronomen beobachtet haben, während einer Ära in der fernen Vergangenheit, als der größte Teil des Topfes still stand Kälte“, sagte Khee-Gan Lee, Assistenzprofessorin an der Kavli IPMU und Mitautorin der Abhandlung.
Das Team beobachtete COSTCO-I, als das Universum nur ein Viertel seines heutigen Alters hatte. Der Protocluster der Galaxie hat eine Gesamtmasse von mehr als 400 Billionen Sonnenmassen und erstreckt sich über mehrere Millionen Lichtjahre.
Während Astronomen nun regelmäßig solche fernen Galaxien-Protocluster entdecken, fand das Team etwas Seltsames, als sie die ultravioletten Spektren, die die Region von COSTCO-I abdecken, mit dem Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) des Keck-Observatoriums untersuchten. Normalerweise würden die große Masse und Größe von Galaxien-Protoclustern einen Schatten werfen, wenn sie in den Wellenlängen betrachtet werden, die spezifisch für neutralen Wasserstoff sind, der mit dem Protocluster-Gas assoziiert ist.
An der Stelle von COSTCO-I wurde kein solcher Absorptionsschatten gefunden.
„Wir waren überrascht, weil die Wasserstoffabsorption eine der üblichen Methoden ist, um nach Galaxien-Protoclustern zu suchen, und andere Protocluster in der Nähe von COSTCO-I zeigen dieses Absorptionssignal“, sagte Chenze Dong, Masterstudentin an der Universität Tokio und Hauptautorin von die Studium. „Die empfindlichen Ultraviolett-Fähigkeiten von LRIS am Keck-I-Teleskop ermöglichten es uns, Wasserstoffgaskarten mit hoher Zuverlässigkeit zu erstellen, und die Signatur von COSTCO-I war einfach nicht vorhanden.“
Das Fehlen von neutralem Wasserstoff, der den Protocluster verfolgt, impliziert, dass das Gas im Protocluster auf Temperaturen von möglicherweise Millionen Grad erhitzt werden muss, weit über dem kühlen Zustand, der für das intergalaktische Medium in dieser fernen Epoche erwartet wird.
„Die Eigenschaften und der Ursprung der WHIM bleiben derzeit eine der größten Fragen in der Astrophysik. Einen Blick auf eine der frühen Erwärmungsstellen der WHIM werfen zu können, wird dazu beitragen, die Mechanismen aufzudecken, die dazu geführt haben, dass das intergalaktische Gas bis in die Gegenwart aufgekocht ist -Tag-Schaum“, sagte Lee. „Es gibt einige Möglichkeiten, wie dies passieren kann, aber es könnte entweder von der Erwärmung des Gases stammen, wenn sie während des Gravitationskollaps miteinander kollidieren, oder von riesigen Radiojets, die Energie von supermassiven Schwarzen Löchern innerhalb des Protoclusters pumpen.“
Das intergalaktische Medium dient als Gasreservoir, das Galaxien mit Rohstoffen versorgt. Heißes Gas verhält sich anders als kaltes Gas, was bestimmt, wie leicht sie in Galaxien strömen können, um Sterne zu bilden. Die Fähigkeit, das Wachstum der WHIM im frühen Universum direkt zu untersuchen, ermöglicht es den Astronomen, ein kohärentes Bild der Galaxienentstehung und des Lebenszyklus des Gases, das sie antreibt, zu erstellen.
Mehr Informationen:
Chenze Dong et al., Observational Evidence for Large-scale Gas Heating in a Galaxy Protocluster at z = 2.30, Die Briefe des astrophysikalischen Journals (2023). DOI: 10.3847/2041-8213/acba89