A miles de millones de años luz de distancia, las gigantescas nubes de gas de hidrógeno producen un tipo especial de radiación, un tipo de luz ultravioleta conocida como emisiones de Lyman-alpha. Las enormes nubes que emiten la luz son gotas de Lyman-alpha LAB.más grande que nuestra galaxia, la Vía Láctea, pero solo se descubrió hace 20 años. Se necesita una fuente de energía extremadamente poderosa para producir esta radiación, piense en la producción de energía equivalente a miles de millones de nuestro sol, pero los científicos debaten cuál podría ser esa fuente de energía.
Un nuevo estudio que se publicó el 9 de marzo en Astronomía de la naturaleza proporciona evidencia de que la fuente de energía está en el centro de las galaxias formadoras de estrellas, alrededor de las cuales existen los LAB.
El estudio se centra en Lyman-alpha blob 6 LAB-6 ubicado a más de 18 mil millones de años luz de distancia en la dirección de la constelación Grus. El equipo de colaboración descubrió una característica única de LAB-6: su gas de hidrógeno parecía caerhacia adentro sobre sí mismo. LAB-6 es el primer LAB con evidencia contundente de esta llamada firma de gas de caída. El gas de caída era bajo en abundancia de elementos metálicos, lo que sugiere que el gas de hidrógeno de caída del LAB se originó en el medio intergaláctico, en lugar dela galaxia formadora de estrellas en sí.
La cantidad de gas que cae es demasiado baja para alimentar la emisión observada de Lyman-alfa. Los hallazgos proporcionan evidencia de que la galaxia central que forma la estrella es la principal fuente de energía responsable de la emisión de Lyman-alfa. También plantean nuevas preguntas sobre la estructurade los LABs.
"Esto nos da un misterio. Esperamos que haya una caída de gas alrededor de las galaxias formadoras de estrellas; necesitan gas para los materiales", dijo Zheng Zheng, profesor asociado de física y astronomía en la Universidad de Utah y coautor deEn el estudio, Zheng se unió al esfuerzo de analizar los datos y dirigió la interpretación teórica con el estudiante graduado de la Universidad de Shiyu Nie. "Pero esta parece ser la única gota de Lyman-alfa con caída de gas. ¿Por qué es tan raro?"
Los autores utilizaron el Very Large Telescope VLT en el Observatorio Europeo Austral ESO y el Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array ALMA para obtener los datos. El autor principal, Yiping Ao, del Observatorio Purple Mountain, Academia de Ciencias de China primeroobservó el sistema LAB-6 hace más de una década. Sabía que había algo especial en el sistema incluso en ese momento, basado en el tamaño extremo de su burbuja de gas de hidrógeno. Aprovechó la oportunidad de mirar más de cerca.
"Afortunadamente, pudimos obtener los datos necesarios para capturar la composición molecular de ALMA, determinando la velocidad de la galaxia", dijo. "El telescopio óptico VLT de ESO nos dio el importante perfil de luz espectral de Lyman-emisión alfa "
La luz del hidrógeno revela su secreto
El universo está lleno de hidrógeno. El electrón de hidrógeno orbita alrededor del núcleo del átomo en diferentes niveles de energía. Cuando un átomo de hidrógeno neutro es lanzado con energía, el electrón puede ser impulsado a una órbita más grande con un nivel de energía más alto. Entonces el electrón puedesalta de un nivel de órbita a otro, lo que produce un fotón. Cuando el electrón se mueve a la órbita más interna desde la órbita directamente adyacente, emite un fotón con una longitud de onda particular en el espectro ultravioleta, llamada emisión Lyman-alfa.Se requiere una fuente de energía potente para energizar el hidrógeno lo suficiente como para producir la emisión Lyman-alfa.
Los autores descubrieron la característica de gas que cae al analizar la cinemática de las emisiones de Lyman-alpha. Después de que se emite el fotón Lyman-alpha, se encuentra con un entorno lleno de átomos de hidrógeno. Se estrella contra estos átomos muchas veces, como una bola en movimientoen una máquina de pinball, antes de escapar del medio ambiente. Esta salida hace que la emisión se extienda hacia afuera a grandes distancias.
Todo esto rebotando no solo cambia la dirección de la onda de luz, sino también su frecuencia, ya que el movimiento del gas causa un efecto Doppler. Cuando el gas está fluyendo, la emisión de Lyman-alfa cambia a la longitud de onda más larga y más roja. Lo contrariose produce cuando el gas está entrando: la longitud de onda de la emisión Lyman-alfa parece acortarse y cambiar a un espectro más azul.
Los autores de este artículo utilizaron la observación de ALMA para localizar la longitud de onda esperada de la emisión de Lyman-alfa de la prospectiva de la Tierra, si no hubiera un efecto de rebote para los fotones de Lyman-alpha. Con la observación VLT, encontraron que Lyman-La emisión alfa de esta burbuja cambia a una longitud de onda más larga, lo que implica una entrada de gas. Utilizaron modelos para analizar los datos del espectro y estudiar la cinemática del gas de hidrógeno.
El gas que cae reduce el origen de la radiación Lyman-alfa
Los LAB están asociados con galaxias gigantes que están formando estrellas a una velocidad de cientos a miles de masa solar por año. Halos gigantes de emisiones de Lyman-alfa rodean estas galaxias, formando gotas de gas Lyman-alpha a cientos de miles de años luz de diámetrocon una potencia equivalente a unos 10 mil millones de soles. El movimiento dentro de las burbujas de gas puede decirle algo sobre el estado de la galaxia.
El gas que cae puede originarse de diferentes maneras. Podría ser la segunda etapa de una fuente galáctica: si mueren estrellas masivas, explotan y empujan el gas hacia afuera, que luego cae hacia adentro. Otra opción es una corriente fría: hay filamentosde hidrógeno flotando entre objetos celestes que pueden ser arrastrados hacia el centro del pozo potencial, creando la característica de gas que cae.
El modelo de los autores sugiere que el gas que cae en este LAB proviene del último escenario. Analizaron la forma del perfil de luz Lyman-alpha, que indica muy poco polvo metálico. En astronomía, los metales son algo más pesados que el helio. Estrellasproducen todos los elementos pesados del universo; cuando explotan, producen elementos metálicos y los extienden por el espacio intergaláctico.
"Si el gas hubiera venido de esta galaxia, debería ver más metales. Pero en este caso, no había muchos metales", dijo Zheng. "La indicación es que el gas no está contaminado con elementos de esteformación estelar "
Además, su modelo indica que el gas circundante solo produce la energía equivalente a dos masas solares por año, demasiado baja para la cantidad de emisión observada de Lyman-alfa.
Los hallazgos proporcionan una fuerte evidencia de que la galaxia formadora de estrellas es la principal contribuyente de la emisión de Lyman-alfa, mientras que el gas que cae actúa para dar forma a su perfil espectral. Sin embargo, no responde completamente la pregunta.
"Todavía puede haber otras posibilidades", dijo Ao. "Si la galaxia tiene un agujero negro supermasivo en el centro, puede emitir fotones energéticos que podrían viajar lo suficientemente lejos como para producir la emisión".
En futuros estudios, los autores desean separar la complicada dinámica de los gases para descubrir por qué el gas que cae es raro para los LAB. El gas de entrada podría depender de la orientación del sistema, por ejemplo. También quieren construir modelos más realistaspara comprender los movimientos de los fotones de emisión Lyman-alfa cuando chocan contra los átomos.
Yiping Ao también está afiliado a la Universidad de Ciencia y Tecnología de China. Otros autores contribuyentes incluyen: Shiyu Nie de la Universidad de Utah; Christian Henkel de MPIfR y la Universidad King Abdulaziz; Alexandre Beelen del Institut d 'Astrophysique Spatiale, Renyue Cen deUniversidad de Princeton; Mark Dijkstra de la Universidad de Oslo; Paul J. Francis de la Universidad Nacional de Australia; James E. Geach de la Universidad de Hertfordshire; Kotaro Kohno de la Universidad de Tokio; Matthew D. Lehnert de la Universidad de la Sorbona; Karl M.Menten y Axel Weiss de MPIfR; y Junzhi Wang del Observatorio Astronómico de Shanghai.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Utah . Original escrito por Lisa Potter. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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