Galaktyki są znacznie większe niż wcześniej sądzono

Gdzie kończą się galaktyki, a zaczyna przestrzeń kosmiczna? Pytanie to zdaniem astronomów wydaje się proste, dopóki nie przyjrzymy się bliżej gazowi otaczającemu te obiekty, znanemu jako ośrodek międzygalaktyczny.

Jak duże są galaktyki?

.Otoczka gazowa wokół dysku galaktyki stanowi około 70 proc. masy galaktyki – nie licząc ciemnej materii – ale do tej pory pozostawała ona zagadką dla badaczy. W przeszłości byli w stanie obserwować gaz jedynie poprzez pomiar światła pochodzącego od obiektu tła, takiego jak kwazar, które jest pochłaniane przez gaz. Ograniczało to obraz chmury do bardzo wąskiej wiązki.

Jednak nowe badanie wykorzystujące nowe techniki głębokiego obrazowania, przeprowadzone przez naukowcy z ARC Centre of Excellence for All Sky Astrophysics in 3D (ASTRO 3D) i opublikowane w Nature Astronomy, wskazuje, że ośrodek międzygalaktyczny (CGM) obiektu oddalonego o 270 milionów lat świetlnych, składa się z obłoku gazu znajdującego się 100 tysięcy lat świetlnych poza galaktyką.

Aby wyobrazić sobie ogrom tej chmury gazu, należy wziąć pod uwagę, że światło gwiazd galaktyki – to, co zwykle postrzegamy jako dysk – rozciąga się zaledwie 7800 lat świetlnych od jej centrum. W obecnym badaniu zaobserwowano fizyczne łączenie się wodoru i tlenu z centrum galaktyki daleko w przestrzeń kosmiczną i wykazano, że warunki fizyczne gazu uległy zmianie.

„Możemy teraz zobaczyć, gdzie kończy się wpływ galaktyki, przejście, w którym staje się ona częścią większej tkanki otaczającej ją, a ostatecznie, gdzie dołącza do szerszej kosmicznej sieci i innych podobnych obiektów. Zazwyczaj są to niewyraźne granice. Ale w tym przypadku wydaje się, że znaleźliśmy dość wyraźną granicę w tej galaktyce między jej centrum międzygwiazdowym a centrum okołogalaktycznym” – mówi Nikole M. Nielsen z ASTRO 3D.

„W badaniu zaobserwowaliśmy gwiazdy jonizujące gaz swoimi fotonami wewnątrz galaktyki. W CGM gaz jest ogrzewany przez coś innego niż typowe warunki panujące wewnątrz galaktyk. Prawdopodobnie obejmuje to ogrzewanie przez rozproszoną emisję ze zbiorczych galaktyk we Wszechświecie i prawdopodobnie pewien wkład jest spowodowany wstrząsami. To właśnie ta interesująca zmiana jest ważna i dostarcza odpowiedzi na pytanie, gdzie kończy się galaktyka” – dodaje.

„W CGM gaz jest ogrzewany przez coś innego niż typowe warunki panujące wewnątrz galaktyk. Prawdopodobnie obejmuje to ogrzewanie przez rozproszoną emisję z galaktyk zbiorowych we Wszechświecie i prawdopodobnie pewien wkład jest spowodowany wstrząsami. To właśnie ta interesująca zmiana jest ważna i dostarcza odpowiedzi na pytanie, gdzie kończy się galaktyka” – tłumaczy Nielsen.

Obserwacja Wszechświata

.Odkrycie było możliwe dzięki Keck Cosmic Web Imager (KCWI) na 10-metrowym teleskopie Keck na Hawajach, który zawiera zintegrowany spektrograf polowy i jest jednym z najbardziej czułych działających instrumentów tego typu.

„Te jedyne w swoim rodzaju obserwacje wymagają bardzo ciemnego nieba, które jest dostępne tylko w Obserwatorium Kecka na Mauna Kea. KCWI naprawdę zmieniło sposób, w jaki możemy teraz mierzyć i określać ilościowo rozproszony gaz wokół galaktyk” – zaznacza Deanne Fisher z Swinburne University of Technology.

„Dzięki temu instrumentowi, zamiast wykonywać pojedynczą obserwację widma gazu w galaktyce, naukowcy mogą teraz uzyskać tysiące widm jednocześnie, korzystając z jednego obrazu z KCWI. Po raz pierwszy udało nam się sfotografować halo materii wokół galaktyki” – podkreśla Emma Ryan-Weber z ASTRO 3D.

Badanie dodaje kolejny element do układanki, która jest jednym z najważniejszych pytań w astronomii i ewolucji galaktyk – jak ewoluują galaktyki? Skąd biorą gaz? Jak przetwarzają ten gaz? Gdzie ten gaz się przemieszcza.

„Ośrodek międzygalaktyczny odgrywa ogromną rolę w cyrkulacji gazu. Tak więc, będąc w stanie zrozumieć, jak wygląda CGM wokół galaktyk różnych typów – tych, które tworzą gwiazdy, tych, które już ich nie produkują i tych, które przechodzą między tymi dwoma, możemy dostrzec różnice w tym gazie, które mogą powodować różnice w samych galaktykach, a zmiany w tym zbiorniku mogą faktycznie powodować zmiany w tych obiektach” – mówi Nielsen.

„Odkrycia mogą mieć również wpływ na to, jak różne galaktyki oddziałują ze sobą i jak mogą na siebie wpływać. Jest wysoce prawdopodobne, że CGM naszej własnej Drogi Mlecznej i Andromedy już nakładają się na siebie i oddziałują ze sobą” – podsumowuje.

Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy

.Członek Polskiego Towarzystwa Astronomicznego, Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Pod koniec swojego życia gwiazda wykonuje gwałtowne oscylacje. W skali setek lub tysięcy lat doznaje gwałtownych rozprężeń, staje się wyraźnie większa i chłodniejsza, a następnie się kurczy. Jej powierzchniowe obszary są przyciągane zbyt słabo i „odlatują” od niej. Rozpad następuje warstwowo. Trwa to przez tysiące lat. Jedyne, co pozostaje, to jądro, biały karzeł złożony z węgla i tlenu, otoczony przez gaz, który powstaje w procesie odpadania warstw”.

„Mniejsze gwiazdy kończą swój żywot na etapie spalania węgla i tlenu. Gwiazdy masywniejsze są tak ciężkie, że w pozostających z nich białych karłach dochodzi do takiego wzrostu temperatury, że nawet tlen i węgiel spalają się i przechodzą w kolejne pierwiastki. Gwiazda staje się czerwonym nadolbrzymem. Na samym końcu tego procesu, bezpośrednio przed eksplozją supernowej, w jej jądrze pojawia się żelazo. Od tego momentu gwiazda nie może generować więcej energii. Po raz kolejny dochodzi do stanu krytycznego w jej życiu – zaczyna się rozpadać”.

„W pewnym momencie w jądrze robi się tak gęsto, że nawet elektrony pełzające wokół atomów żelaza nie mogą już dłużej tego robić. Zaczyna się proces neutronizacji materii. Elektrony wnikają w jądro atomów i zamieniają protony w neutrony. Żelazo zostaje zniszczone – powstaje gwiazda neutronowa”.

„Jądro gwiazdy neutronowej kurczy się i jednocześnie staje się sprężyste. Odbija się od zewnętrznej materii gwiazdy jak piłka. Powoduje to powstanie dużej fali uderzeniowej. Napór materii z zewnątrz jest tak duży, że powoduje zatrzymanie fali uderzeniowej w miejscu, w wyniku czego gwiazda zaczyna się niebywale rozgrzewać. Wskutek tego wybuchowego, deflagracyjnego spalania się powstaje duża część układu okresowego pierwiastków. Materia po śmierci gwiazdy, składająca się z pierwiastków ciężkich, może zasilić nowo powstające gwiazdy i planety”.

„Pierwiastki, z których się składamy, na przykład węgiel, azot i tlen, powstają dzięki śmierci mało masywnych gwiazd, jak nasze Słońce. W wyniku eksplozji supernowej powstaje tlen. Nasze ukochane złoto i srebro są efektem procesu jeszcze rzadszego – „zlania się” dwóch gwiazd neutronowych. Każdy atom węgla, tlenu i azotu w naszym ciele – kiedyś był obecny we wnętrzu gwiazdy. Bez nich nie moglibyśmy zaistnieć. Nasze życie powstało za sprawą gwiazd” – pisze Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI w tekście „Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy„.

Oprac. EG