Heitt gas í Köngulóarvefs-þyrpingunni sýnir í fyrsta sinn lykilskref í myndun stærstu efniseininga alheimsins
Hópur stjörnufræðingar sem notaði ALMA útvarpssjónaukaröðina í Chile hafa í fyrsta sinn komið auga á gríðarmikið magn af heitu gasi í þyrpingu vetrarbrauta að fæðast snemma í sögu alheimsins. Greint er frá niðurstöðum rannsóknarinnar í vísindaritinu Nature.
Vetrarbrautaþyrpingar eru stærstu myndanirnar í alheiminum sem þyngdarkrafturinn bindur saman. Hver og ein getur innihaldið mörg þúsund vetrarbrautir. Vetrarbrautin okkar er hluti af þyrpingu sem kallast Meyjarþyrpingin.
Í vetrarbrautaþyrpingum er líka gríðarmikið magn af gasi, heitu og köldu, sem liggur í þráðum í geimnum á milli vetrarbrautanna. Magnið er raunar svo mikið að í heildina vegur það meira en vetrarbrautirnar sjálfar. Þetta gas er kallað útgeimsefni (e. intergalactic medium).
Eðlisfræðin sem býr að baki mótun vetrarbrautaþyrpinga er ágætlega þekkt. Þyrpingarnar eru svo efnismiklar að þær geta dregið til sín gas sem fellur inn að þyrpingunni og hitnar við það gífurlega. Þetta heita gas er lykilstig í myndun vetrarbrautaþyrpinga en erfitt hefur reynst að koma auga á það og mæla.
Stjörnufræðingar beindu þess vegna ALMA útvarpssjónaukaröðinni í Atacamaeyðimörkinni í Chile að þyrpingu í frumbernsku sem kallast Köngulóarvefsþyrpingin. Hún birtist okkur þegar alheimurinn var aðeins þriggja milljarða ára gamall.
Könguólarvefsþyrpingin er frumþyrping vetrarbrauta sem birtist okkur þegar alheimurinn var um það bil 3 milljarða ára gamall. Mynd: ESO/H. Ford
Með því að mæla svokölluð Sunyaev-Zeldovich áhrif tókst stjörnufræðingunum loksins að finna heita gasið. Þessi áhrif verða til þegar ljós frá örbylgjukliðnum – bakgrunnsgeislun Miklahvells – ferðast í gegnum heita gasið.
Geislunin frá örbylgjukliðnum víxlverkar þá við hraðfleygar rafeindir í heita gasinu. Orkan frá geisluninni eykst lítillega og litur hennar eða bylgjulengdin breytist örlítið. Sunyaev-Zeldovich áhrifin birtast okkur þá eins og skuggamynd af vetrarbrautaþyrpingunni í örbylgjukliðnum.
Mælingar á þessari skuggamynd á örbylgjukliðnum hjálpaði stjörnufræðingunum loks að leiða út hvar heita gasið leyndist. Þau gátu líka áætlað hversu mikið magn var af því og kortleggja lögun þess í þyrpingunni. ALMA er eini sjónaukinn í heiminum sem getur þetta í slíkum smáatriðum.
Sunyaev-Zeldovich áhrifin í Köngulóarvefsþyrpingunni. Heita gasið í þyrpingunni skilur eftir skuggamynd fyrir framan örbylgjukiðinn. Mynd: ESO/Di Mascolo et al.; HST/H. Ford
Mælingar ALMA sýna að í Köngulóarvefsþyrpingunni er gífurlegt magn af gasi sem er nokkrir tugir milljónir gráða á Celsíus. Kalt gas hafði áður fundist í þyrpingunni en massi heita gassins er mörg þúsund sinnum meira.
Uppgötvunin sýnir að Köngulóarvefsþyrpingin mun þróast í mjög efnismikla vetrarbrautaþyrpingu á um það bil 10 milljörðum ára og massi hennar vaxa um tíu stærðargráður. Uppgötvunin staðfestir líka kennilegar spár um þróun þessara stærstu einstöku fyrirbæra alheims sem þyngdarkrafturinn bindur saman.
Niðurstöðurnar lofa góðu fyrir samvinnu ALMA og Extremely Large Telescope (ELT) ESO í framtíðinni. Samvinna beggja sjónauka mun bylta rannsóknum á frumþyrpingum eins og Köngulóarvefnum.
Stjörnufræðingar sjá fjarlæga vetrarbrautaþyrpingu í fæðingu í árdaga alheimsins
Sævar Helgi Bragason 29. mar. 2023 Fréttir
Heitt gas í Köngulóarvefs-þyrpingunni sýnir í fyrsta sinn lykilskref í myndun stærstu efniseininga alheimsins
Hópur stjörnufræðingar sem notaði ALMA útvarpssjónaukaröðina í Chile hafa í fyrsta sinn komið auga á gríðarmikið magn af heitu gasi í þyrpingu vetrarbrauta að fæðast snemma í sögu alheimsins. Greint er frá niðurstöðum rannsóknarinnar í vísindaritinu Nature.
Vetrarbrautaþyrpingar eru stærstu myndanirnar í alheiminum sem þyngdarkrafturinn bindur saman. Hver og ein getur innihaldið mörg þúsund vetrarbrautir. Vetrarbrautin okkar er hluti af þyrpingu sem kallast Meyjarþyrpingin.
Í vetrarbrautaþyrpingum er líka gríðarmikið magn af gasi, heitu og köldu, sem liggur í þráðum í geimnum á milli vetrarbrautanna. Magnið er raunar svo mikið að í heildina vegur það meira en vetrarbrautirnar sjálfar. Þetta gas er kallað útgeimsefni (e. intergalactic medium).
Eðlisfræðin sem býr að baki mótun vetrarbrautaþyrpinga er ágætlega þekkt. Þyrpingarnar eru svo efnismiklar að þær geta dregið til sín gas sem fellur inn að þyrpingunni og hitnar við það gífurlega. Þetta heita gas er lykilstig í myndun vetrarbrautaþyrpinga en erfitt hefur reynst að koma auga á það og mæla.
Stjörnufræðingar beindu þess vegna ALMA útvarpssjónaukaröðinni í Atacamaeyðimörkinni í Chile að þyrpingu í frumbernsku sem kallast Köngulóarvefsþyrpingin. Hún birtist okkur þegar alheimurinn var aðeins þriggja milljarða ára gamall.
Könguólarvefsþyrpingin er frumþyrping vetrarbrauta sem birtist okkur þegar alheimurinn var um það bil 3 milljarða ára gamall.
Mynd: ESO/H. Ford
Með því að mæla svokölluð Sunyaev-Zeldovich áhrif tókst stjörnufræðingunum loksins að finna heita gasið. Þessi áhrif verða til þegar ljós frá örbylgjukliðnum – bakgrunnsgeislun Miklahvells – ferðast í gegnum heita gasið.
Geislunin frá örbylgjukliðnum víxlverkar þá við hraðfleygar rafeindir í heita gasinu. Orkan frá geisluninni eykst lítillega og litur hennar eða bylgjulengdin breytist örlítið. Sunyaev-Zeldovich áhrifin birtast okkur þá eins og skuggamynd af vetrarbrautaþyrpingunni í örbylgjukliðnum.
Mælingar á þessari skuggamynd á örbylgjukliðnum hjálpaði stjörnufræðingunum loks að leiða út hvar heita gasið leyndist. Þau gátu líka áætlað hversu mikið magn var af því og kortleggja lögun þess í þyrpingunni. ALMA er eini sjónaukinn í heiminum sem getur þetta í slíkum smáatriðum.
Sunyaev-Zeldovich áhrifin í Köngulóarvefsþyrpingunni. Heita gasið í þyrpingunni skilur eftir skuggamynd fyrir framan örbylgjukiðinn.
Mynd: ESO/Di Mascolo et al.; HST/H. Ford
Mælingar ALMA sýna að í Köngulóarvefsþyrpingunni er gífurlegt magn af gasi sem er nokkrir tugir milljónir gráða á Celsíus. Kalt gas hafði áður fundist í þyrpingunni en massi heita gassins er mörg þúsund sinnum meira.
Uppgötvunin sýnir að Köngulóarvefsþyrpingin mun þróast í mjög efnismikla vetrarbrautaþyrpingu á um það bil 10 milljörðum ára og massi hennar vaxa um tíu stærðargráður. Uppgötvunin staðfestir líka kennilegar spár um þróun þessara stærstu einstöku fyrirbæra alheims sem þyngdarkrafturinn bindur saman.
Niðurstöðurnar lofa góðu fyrir samvinnu ALMA og Extremely Large Telescope (ELT) ESO í framtíðinni. Samvinna beggja sjónauka mun bylta rannsóknum á frumþyrpingum eins og Köngulóarvefnum.
Upprunaleg frétt á vef ESO