At finde en kosmisk tåge i knuste intergalaktiske pandekager

For at forstå det mest almindelige stof i universet – og de ekstraordinære ting, der sker med det – tog et Yale-ledet hold af astronomer et dybt dyk ned i den kosmiske tåge.

De lærte spændende nye detaljer om baryonernes dynamik, samlingen af ​​subatomære partikler (inklusive protoner og neutroner), der står for meget af det synlige stof i universet. De fleste baryoner bor i det intergalaktiske medium (IGM), som er rummet mellem galakser, hvor stof hverken er bundet til eller trukket på af omgivende systemer.

I en ny undersøgelse, Yale postdoc associeret Nir Mandelker og professor Frank C. van den Bosch rapporterer om den mest detaljerede simulering nogensinde af en stor del af IGM. For første gang, de kunne se hvor koldt, tætte gasskyer i IGM organiserer sig og reagerer inden for meget større "ark" eller "pandekager" af stof i det store rum.

Resultaterne fremgår af Astrofysiske tidsskriftsbreve .

Forskere har i årevis forsøgt at sammensætte strukturerne og egenskaberne af IGM - dels for at teste standardmodellen for Big Bang-kosmologi, som forudsiger, at 80%-90% af baryonerne er i IGM, men også for at undersøge IGM's afgørende rolle som universets brændstofkilde.

"Grunden til, at galakser er i stand til at danne stjerner kontinuerligt, er, at frisk gas strømmer ind i galakser fra IGM, sagde Mandelker, hovedforfatter af undersøgelsen. "Det er klart, at galakser ville løbe tør for gas på meget kort tid, hvis de ikke opsamlede frisk gas fra IGM."

Alligevel har det været ekstremt svært at opdage IGM'ens gas. I modsætning til galakser, som skinner klart i stjernelys, gas i IGM er næsten aldrig lysende nok til at detektere direkte. I stedet, det skal studeres indirekte, gennem absorption af baggrundslys. Sådanne absorptionsundersøgelser giver forskere mulighed for at lære om tætheden og den kemiske sammensætning af gasskyer; i særdeleshed, de er i stand til at finde ud af, om stjernedannelse i nærliggende galakser har forurenet gassen med metaller (grundstoffer, der er tungere end helium).

Med sin nye simulering, Yale-teamet lærte en hel del - inklusive nye egenskaber ved de førnævnte ark af baryoner.

"Dette er fladtrykte fordelinger af stof, kendt som 'pandekager, ', der strækker sig over mange millioner lysår på tværs, " sagde van den Bosch. "Vi fandt ud af, at i stedet for at være jævnt fordelt, gassen i disse pandekager splintres i, hvad der ligner en 'kosmisk tåge' bestående af små, diskrete skyer af relativt kold og tæt gas."

Sådanne tætte skyer af gas havde kun været antaget at dannes i områder af rummet tæt på galakser, hvor gassen er naturligt tættere. Men den nye simulering viser, at de også kan kondensere ud af low-density IGM. Forskerne sagde, at fænomenet opstår naturligt, som følge af en ustabilitet udløst af den effektive afkøling af gassen.

Et andet aspekt af denne kosmiske tåge, baseret på Yale-simuleringen, er, at det er uberørt; det er for langt væk fra nogen galakse til at blive forurenet med metaller. Ifølge Mandelker, dette er vigtigt, fordi det forklarer de seneste, forvirrende observationer af tætte, metalfrie skyer i store afstande fra galakser. Astronomer kunne ikke forklare dette fænomen, men den nye simulering antyder, at deres tilstedeværelse simpelthen kan være resultatet af en naturlig proces.

"Vores arbejde fremhæver vigtigheden af ​​korrekt løsning af gass egenskaber i IGM, som ofte forsømmes til fordel for bedre opløsning af de centrale galakser, " sagde Mandelker. "Det har været meget svært at forstå, hvordan gassen i IGM'en muligvis kunne blive så tæt og optisk tyk, især når tidligere generationer af kosmologiske simuleringer ikke afslørede nogen så tæt gas i IGM."