Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Subaru teleskop registrerer skygge af gassky i gammel proto-superklynge

Fordelingen af ​​galakser i proto-superklyngeregionen for 11,5 milliarder år siden (øverst til venstre), og Subaru Telescope Suprime-Cam-billedet, der blev brugt i dette værk (højre, større billede). Neutral brintgasfordeling er overlejret på Subaru-billedet. Den røde farve angiver tættere områder af den neutrale brintgas. Cyan firkanter svarer til medlemsgalakser i proto-superklyngen, mens objekter uden cyan firkanter er galakser og stjerner i forgrunden. Fordelingen af ​​neutral brintgas stemmer ikke helt overens med galakserne. Kredit:Osaka Sangyo University / NAOJ

Et hold ledet af forskere fra Osaka Sangyo University, med medlemmer fra Tohoku University, Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) og andre, har brugt Suprime-Cam på Subaru-teleskopet til at skabe det mest omfattende kort over neutral hydrogengas i det tidlige univers. Denne sky forekommer vidt spredt ud over 160 millioner lysår i og omkring en struktur kaldet proto-superklyngen. Det er den største struktur i det fjerne univers, og eksisterede for omkring 11,5 milliarder år siden. En sådan enorm gassky er ekstremt værdifuld til at studere storstilet strukturdannelse og udviklingen af ​​galakser fra gas i det tidlige univers, og fortjener yderligere undersøgelse.

"Vi er overraskede, fordi den tætte gasstruktur er udvidet meget mere end forventet i proto-superklyngen, "sagde Dr. Mawatari." Bredere feltobservationer med smalbåndsfiltre er nødvendige for at få et fuldstændigt billede af denne største struktur i det unge univers. Det er præcis den type stærk forskning, der kan udføres med Hyper Suprime-Cam (HSC), der for nylig er monteret på Subaru-teleskopet. Vi har til hensigt at studere gas-galakse-forholdet i forskellige proto-superhobe ved hjælp af HSC."

Forståelse af stoffordeling i universet

Stjerner samlet for at danne galakser, og galakser er samlet for at danne større strukturer såsom hobe eller superhobe. Stof i det nuværende univers er struktureret på en hierarkisk måde på skalaer på ~ 100 millioner lysår. Imidlertid, vi kan ikke observere inhomogen struktur i nogen retning eller afstand over skalaer større end det. Et vigtigt spørgsmål i moderne astronomi er at afklare, hvor perfekt den store ensartethed og homogenitet i stoffordelingen opretholdes. Ud over, astronomer søger at undersøge egenskaberne ved frøene i store strukturer (dvs. de indledende stofudsving), der eksisterede i begyndelsen af ​​universet. Dermed, det er vigtigt at observere enorme strukturer ved forskellige epoker (hvilket oversættes til afstande). Studiet af gasformigt stof såvel som galakser er nødvendigt for en nøjagtig og omfattende forståelse. Det skyldes, at lokale superklynger er kendt for at være rige på gas. Desuden, det er klart, at der er mange nyfødte galakser i gamle (eller fjerne) hobe. En detaljeret sammenligning mellem de rumlige fordelinger af galakser og gas i universets tidlige epoker er meget vigtig for at forstå processen med dannelse af galakser fra de svage (lavt lysemitterende) klumper af gas i det tidlige univers.

Skematiske billeder af et analyseskema af tidligere arbejde (til venstre) og en ny metode (til højre). I den tidligere tilgang, dybest set kan en enkelt baggrundslyskilde (quasar) bruges i et søgt område. På den anden side, med den nye ordning, det er lettere at rumligt løse den neutrale hydrogengasdensitet ved at bruge mange normale galakser i et søgt område som baggrundslyskilder. I den nye ordning absorptionsstyrke ved den neutrale hydrogengas anslås ved at måle, hvor meget flux af baggrundsgalakser bliver dæmpet i det smalbåndede billede, ikke ved at bruge spektrum. Ved at kombinere denne ordning med Subaru-teleskopets billedbehandlingsevne i stort område, Mawatari, et al. lavet det mest omfattende kort over neutral brintgas, der nogensinde er skabt. Kredit:Kredit:Osaka Sangyo University / NAOJ

For at undersøge tidligt, dunkle gasskyer, astronomer drager fordel af det faktum, at lys fra lyse fjerne objekter bliver dæmpet af forgrundsgas (hvilket giver en effekt som et "skyggebillede"). Da neutralt brint i gasskyen absorberer og dæmper lys fra baggrundsgenstande ved en bestemt bølgelængde, vi kan se karakteristisk absorptionsfunktion i baggrundsobjektets spektrum. I mange tidligere observationer, forskere brugte kvasarer (som er meget lyse og fjerne) som baggrundslyskilder. Fordi lyse kvasarer er meget sjældne, mulighederne for sådanne observationer er begrænsede. Dette giver astronomer mulighed for at få information om gassen, der kun ligger langs sigtelinjen mellem en enkelt QSO og Jorden i et bredt undersøgelsesområde. Det har længe været målet at opnå "multi-dimensionel" information om gas (f.eks. rumligt løse gasskyerne) i stedet for den "endimensionelle" visning, der i øjeblikket er tilgængelig. Dette kræver en ny tilgang.

Udvidelse af visningen

For at udvide deres syn på disse objekter i det tidlige univers, Dr. Ken Mawatari ved Osaka Sangyo University og hans kolleger udviklede for nylig et skema til at analysere den rumlige fordeling af den neutrale brintgas ved hjælp af billeddata fra galakser fra den fjerne epoke. Der er to store fordele ved denne tilgang. Først, i stedet for sjældne kvasarer, holdet bruger adskillige normale galakser som baggrundslyskilder til at undersøge gasfordelingen forskellige steder i søgeområdet. Sekund, de bruger billeddannelsesdata taget med smalbåndsfilteret på Suprime-cam. Den er finjusteret, så lys med bestemte bølgelængder kan transmitteres, at fange beviser for absorption af den neutrale brintgas (skyggebilledeffekten). Sammenlignet med det traditionelle observationsskema baseret på spektroskopi af kvasarer, denne nye metode gør det muligt for Mawatari og hans samarbejdspartnere relativt hurtigt at få information om gasdistribution i store områder.

Forskerne anvendte deres skema på Subaru Telescope Suprime-Cam billeddata fra deres tidligere store undersøgelse af galakser. De områder, der er undersøgt i dette arbejde, omfatter SSA22-feltet, en forfader til et superklynge af galakser (proto-superklynge), hvor unge galakser dannes aktivt, i universet for 11,5 milliarder år siden i det tidlige univers.

Skyfordeling af den neutrale brintgas i de tre felter, der er undersøgt i dette arbejde. Mens den i de normale felter (SXDS og GOODS-N) er den neutrale hydrogengasdensitet i overensstemmelse med den gennemsnitlige tæthed i hele universet for 11,5 milliarder år siden, den neutrale brintgastæthed er højere end gennemsnittet over hele SSA22 proto-supercluster-feltet. Konturerne svarer til galaksernes taltæthed. Fremhævet, fast tynd, og stiplede konturer betyder gennemsnittet, stor tæthed, og områder med lav tæthed, henholdsvis. Kredit:Osaka Sangyo University / NAOJ

Nye kort over neutral hydrogendistribution

Forskernes arbejde resulterede i meget store kort over den neutrale hydrogengas i de tre undersøgte felter. Det ser ud til, at den neutrale brintgasabsorption er signifikant stærk over hele SSA22 proto-supercluster-feltet sammenlignet med dem i de normale felter (SXDS og GOODS-N). Det er klart bekræftet, at det proto-superklynge miljø er rigt på neutral hydrogengas, som er den vigtigste byggesten i galakser.

Holdets arbejde afslørede også, at gasfordelingen i proto-supercluster-regionen ikke stemmer overens med galaksernes fordeling perfekt. Mens proto-superklyngen er rig på både galakser og gas, der er ingen lokal afhængighed af gasmængde korreleret med densiteten af ​​galakser inde i proto-superklyngen. Dette resultat kan betyde, at den neutrale hydrogengas ikke kun er forbundet med de enkelte galakser, men også spredes diffust ud over intergalaktisk rum kun inden i proto-superklyngen. Da det neutrale hydrogengasoverskud i SSA22-feltet detekteres over hele det søgte område, denne overtætte gasstruktur er faktisk udvidet med mere end 160 millioner lysår. I det traditionelle syn på strukturdannelse, stofdensitetsudsving menes at være mindre, og storstilet struktur med høj densitet var sjældnere i det tidlige univers. Opdagelsen af, at en gasstruktur, der strækker sig over mere end 160 millioner lysår (hvilket er nogenlunde det samme som nutidens superklynger i skala) allerede eksisterede i universet for 11,5 milliarder år siden, er et overraskende resultat af denne undersøgelse.

Ved at undersøge rumlig fordeling af den neutrale hydrogengas i et meget stort område, forskerne har givet et nyt vindue om forholdet mellem gas og galakser i det unge univers. Den enorme SSA22 -gasstruktur, der afsløres af dette arbejde, betragtes som et centralt objekt for at teste standardteorien om strukturdannelse, og derfor forventes yderligere undersøgelse.


Varme artikler