Методы глубокой визуализации показывают, что галактики намного больше, чем считалось ранее

Визуализация газовой оболочки галактики со вспышкой звездообразования IRAS 08339+6517. Автор: Cristy Roberts ANU/ASTRO 3D

Если эта галактика типична, то исследование, опубликованное сегодня в журнале Nature Astronomy, указывает на то, что наша галактика уже взаимодействует со своим ближайшим соседом, Андромедой.

Где заканчивается галактика и начинается глубокий космос? Это кажется простым вопросом, пока вы не посмотрите повнимательнее на газ, который окружает галактики, известный как окологалактическая среда.

Гало газа, окружающего звездный диск, составляет около 70% массы галактики — без учета темной материи — но до сих пор оно оставалось чем-то вроде загадки. В прошлом мы могли наблюдать газ только путем измерения света от фонового объекта, такого как квазар, который поглощался газом.

Это ограничивает изображение облака до луча, похожего на карандаш.

Однако в ходе нового исследования была проведена съёмка окологалактической среды галактики со вспышкой звездообразования на расстоянии 270 миллионов световых лет от нас с помощью новых методов глубокой визуализации, которые позволили обнаружить облако газа, светящегося за пределами галактики на расстоянии 100 000 световых лет в космосе, насколько это было возможно.

Чтобы представить себе масштабы этого газового облака, учтите, что звездный свет галактики — то, что мы обычно рассматриваем как диск — простирается всего на 7800 световых лет от ее центра.

Текущее исследование проследило физическую связь водорода и кислорода от центра галактики далеко в космос и показало, что физические условия газа изменились.

Другие авторы статьи представляли Суинберн, Техасский университет в Остине, Калифорнийский технологический институт в Пасадене, Калифорнийский университет в Сан-Диего и Даремский университет.

«Теперь мы видим, где влияние галактики заканчивается, переход, где она становится частью большего количества того, что окружает галактику, и, в конечном итоге, где она присоединяется к более широкой космической паутине и другим галактикам. Обычно все это размытые границы», — говорит доктор Нильсен.

«Но в этом случае мы, похоже, обнаружили довольно четкую границу в этой галактике между ее межзвездной средой и ее окологалактической средой».

В ходе исследования наблюдались ионизации газа звездами внутри галактики с помощью фотонов.

Ведущий автор Никки Нильсен с коллегами Гленном Кацпржаком и Стефани Пойнтон перед зеркалом Кека. Автор: Provided

«В CGM газ нагревается за счет чего-то, отличного от типичных условий внутри галактик. Вероятно, сюда входит нагрев от диффузных выбросов коллективных галактик во Вселенной, а также, возможно, некоторый вклад вносят ударные волны», — говорит доктор Нильсен.

«Именно это интересное изменение важно и дает некоторые ответы на вопрос о том, где заканчивается галактика», — говорит она.

Открытие стало возможным благодаря использованию устройства Keck Cosmic Web Imager (KCWI) на 10-метровом телескопе Кека на Гавайях, которое содержит встроенный полевой спектрограф и является одним из самых чувствительных приборов такого рода.

«Для этих уникальных наблюдений требуется очень темное небо, которое доступно только в обсерватории Кека на Мауна-Кеа», — сказала одна из авторов статьи, доцент Суинбернского университета Динн Фишер.

Ученые ASTRO 3D получили доступ к KCWI через Университет Суинберна.

«Партнерство Суинберна с обсерваторией WM Keck позволило нашей команде действительно раздвинуть границы возможного», — говорит другой автор, доцент Гленн Кацпрзак. «KCWI действительно изменил правила игры в том, как мы теперь можем измерять и количественно определять диффузный газ вокруг галактик».

Благодаря этому инструменту, вместо того чтобы проводить единичное наблюдение, дающее единственный спектр газа в галактике, ученые теперь могут получать тысячи спектров одновременно с помощью одного изображения с KCWI.

«Это первый раз, когда нам удалось сфотографировать это гало материи вокруг галактики», — говорит профессор Эмма Райан-Вебер, директор ASTRO 3D.

Исследование добавляет еще один кусочек к головоломке, которая является одним из главных вопросов в астрономии и эволюции галактик: как эволюционируют галактики? Как они получают свой газ? Как они перерабатывают этот газ? Куда девается этот газ.

«Окружающая галактическая среда играет огромную роль в этом цикле газа», — говорит доктор Нильсен. «Поэтому, имея возможность понять, как выглядит CGM вокруг галактик разных типов — тех, которые формируют звезды, тех, которые больше не формируют звезды, и тех, которые переходят из одного типа в другой, — мы можем наблюдать различия в этом газе, которые могут определять различия внутри самих галактик, а изменения в этом резервуаре могут фактически определять изменения в самой галактике».

Исследование напрямую связано с миссией ASTRO 3D. «Оно помогает нам понять, как галактики наращивают массу с течением времени», — говорит профессор Райан-Вебер.

Полученные результаты также могут иметь значение для понимания того, как взаимодействуют различные галактики и как они могут влиять друг на друга.

«Весьма вероятно, что CGM нашего Млечного Пути и Андромеды уже перекрываются и взаимодействуют», — говорит доктор Нильсен.

Больше информации: An emission map of the disk–circumgalactic medium transition in starburst IRAS 08339+6517, Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02365-x