Astronomové objevili obrovské zásoby vodíku kolem raných galaxií

Obrovské halo plynného vodíku bylo nalezeno v datech z experimentu s temnou energií Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX) a překryté jeho polohou, jak je vidět na hloubkovém snímkování z vesmírného dalekohledu Jamese Webba (JWST). Tento systém, který existoval před 11,3 miliardami let, září kombinovaným světlem mnoha galaxií v něm obsažených, přičemž nejjasnější oblast je znázorněna červeně. Pomocí dat z experimentu HETDEX astronomové zvýšili známý počet těchto halo více než desetkrát – ze zhruba 3 000 na více než 33 000.

Období rychlého růstu galaxií ve vesmíru asi před 10 miliardami let vyžadovalo podle astronomů obrovské množství vodíku, ale ten se jim nepodařilo najít – až doteď. Mezinárodní tým vědců, včetně tří výzkumníků z Penn State University, objevil pomocí pozorování z experimentu s temnou energií z teleskopu Hobby-Eberly (HETDEX) desítky tisíc gigantických halo vodíku, které obklopovaly galaxie v raném vesmíru. Hala, nazývaná „mlhoviny Lyman-alfa“, pocházejí z éry známé jako kosmické poledne – asi 2 až 3 miliardy let po Velkém třesku – kdy galaxie nejrychleji zvětšovaly svou velikost. Aby tento růst podnítily, potřebovaly galaxie přístup k obrovským zásobám vodíku, klíčového stavebního kamene hvězd. Až donedávna však astronomové identifikovali jen hrstku těchto základních struktur, nyní se zdá, že objevili mateřskou žílu.

„Tento výzkum zvýšil počet známých halo z přibližně 3 000 na více než 33 000,“ řekla Caryl Gronwallová, profesorka astronomie a astrofyziky na Penn State Eberly College of Science a spoluautorka studie. „Nejedná se o vzácné kuriozity a nyní máme také širší škálu velikostí – reprezentativnější vzorek, který by nám mohl pomoci odhalit původ a vývoj prvních galaxií.“

Článek popisující studii byl nedávno publikován v časopise The Astrophysical Journal.

„Posledních zhruba 20 let analyzujeme stejnou hrstku objektů,“ uvedla Erin Mentuch Cooperová, datová manažerka HETDEXu a hlavní autorka studie. „HETDEX nám umožňuje najít mnohem více těchto halo a změřit jejich tvary a velikosti. Opravdu nám to umožnilo vytvořit úžasný statistický katalog.“

Vědci vysvětlili, že plynný vodík je notoricky obtížně detekovatelný, protože negeneruje vlastní světlo. Pokud se však nachází v blízkosti objektu, který vyzařuje obrovské množství energie – například v blízkosti galaxie nebo skupiny galaxií obsahujících hmotné hvězdy vyzařující ultrafialové záření – může tato energie způsobit, že vodík začne zářit.

„Předchozí astronomické práce v této oblasti identifikovaly řadu těchto struktur, ale díky citlivosti a širokému pokrytí oblohy přístrojového vybavení HETDEX jsme se dokázali dostat za hranice nejjasnějších a nejextrémnějších příkladů této třídy,“ řekl Robin Ciardullo, profesor astronomie a astrofyziky na Penn State a spoluautor článku. „Slepý průzkumný charakter HETDEXu také umožňuje detekci celé řady halo struktur, které lze přehlédnout při pozorováních zaměřených na konkrétní galaxie.“

Pomocí Hobby-Eberly Telescope (HET) na observatoři McDonald v Texasu mapuje HETDEX polohu více než milionu galaxií ve svém úsilí pochopit temnou energii.

„Zachytili jsme téměř půl petabajtu dat nejen o těchto galaxiích, ale i o oblastech mezi nimi,“ řekl Karl Gebhardt, hlavní výzkumník HETDEXu, předseda katedry astronomie na Texaské univerzitě v Austinu a spoluautor článku. „Naše pozorování pokrývají oblast oblohy o rozměrech přes 2 000 úplňků. Rozsah je to obrovský a bezprecedentní.“

HETDEX využívá sadu 156 spektrografů – nástrojů, které dokáží identifikovat a analyzovat světlo – namontovaných na HET. Každý spektrograf shromažďuje světlo ze vzdálených galaxií a rozděluje ho na jednotlivé vlnové délky. Tato spektra mohou odhalit chemické složení a teplotu objektů ve vesmíru a také to, jak rychle se pohybují k nám nebo od nás.

„Dalekohled Hobby-Eberlyho je jedním z největších na světě,“ řekl Dustin Davis, postdoktorand na UT Austin, vědec HETDEX a spoluautor studie. „A přístroj, který HETDEX používá, produkuje 100 000 spekter v každém pozorování. Takže máme obrovské množství dat a čeká na nás spousta zajímavých, zábavných a podivných věcí.“

Nově odhalená hala měří od desítek tisíc do stovek tisíc světelných let. Některá jsou jednoduchá jako mrak ve tvaru fotbalového míče obklopující jednu galaxii; jiné jsou rozlehlé, nepravidelné struktury obsahující více galaxií.

„Ty jsou nejvíce zábavné,“ řekla Mentuch Cooperová. „Vypadají jako obří améby s úponky sahajícími do vesmíru.“

Aby tým nalezl tyto struktury, vybral 70 000 nejjasnějších z více než 1,6 milionu raných galaxií, které dosud identifikoval HETDEX. S pomocí superpočítačů v Texas Advanced Computing Center zkoumali každou galaxii a hledali důkazy o okolním halo: hledali kompaktní centrální oblast vodíku a tenčí oblak sahající za ni.

Téměř polovina galaxií měla vodíková hala, ale tento podíl je pravděpodobně podhodnocený, vysvětlil výzkumný tým. Domnívají se, že nejslabší systémy prostě nejsou dostatečně jasné, aby plně odhalily svoje halo. Tým uvedl, že doufá, že jejich objev nám pomůže lépe pochopit raný vesmír, například vývoj jeho struktur, rozložení hmoty a pohyb objektů.

„Existují různé modely galaxií v této epoše, které z velké části fungují a zdají se dávat smysl, ale existují v nich mezery a díry,“ řekl Davis. „Nyní se můžeme zaměřit na jednotlivá halo a podrobněji se podívat na fyziku a mechaniku toho, co se tam děje. A pak můžeme modely opravit nebo zahodit a zkusit to znovu.“

Zdroj: https://www.psu.edu/news/eberly-college-science/story/astronomers-thought-early-universe-was-full-hydrogen-now-theyve-found a https://www.sci.news/astronomy/hydrogen-halos-early-universe-galaxies-14675.html

autor: František Martinek