Hvordan vi opdagede en glødende galaktisk ghoul

Det er en klassisk Halloween-fortælling. En gruppe spøgelsesjægere besøger et storslået gammelt hus, der rygtes at være hjemsøgt. Men efter at have udforsket grundigt, de går skuffede derfra:der er ingen spøgelser at se. Først senere, når de ser gennem deres fotografier af stedet, bemærker de det mystiske tilsyneladende på trappen. Det var der hele tiden.

I vores nye arbejde, udgivet i Natur , vi var chokerede over at opdage en tilsynekomst af galaktiske proportioner, da vi så på en velkendt galakse. Fundet har enorm betydning, fordi det viser, hvordan kemiske grundstoffer blandes i meget store skalaer omkring galakser.

Din krop, jorden, og hele den materielle verden omkring dig er lavet af en klasse af partikler kaldet "baryoner". Baryonisk stof er "normalt" hverdagsstof, såsom kulstof. Så vi er tæt forbundet med tingene.

Forestil dig, at du kunne putte alle baryonerne i universet i en krukke. Vælg nu en af ​​disse partikler tilfældigt. Hvor tror du, det ville komme fra? Et andet menneske? En planet? En helt anden galakse? Svaret er overraskende for de fleste:det er sandsynligt, at baryon ville være kommet fra rummet mellem galakser. Det meste af det normale stof i universet er slet ikke indeholdt i galakser.

Da universet kun var et par hundrede tusinde år gammelt, baryonisk stof og mørkt stof, et usynligt og ukendt stof, der udgør størstedelen af ​​stoffet i universet, blev blandet i en næsten ensartet tåge. Dette blev bølget med små tæthedsudsving, og over tid blev disse forstærket af tyngdekraften, som drillede dem ind i et netværk af filamenter, der snørede sig gennem universet.

Vi kalder det det kosmiske web. På de tætteste steder på nettet, galakser dannet. I disse galakser, omkring et par hundrede millioner år efter Big Bang, brint begyndte at brænde i stjerner og nuklear fusion smedede tunge grundstoffer inklusive kulstof og ilt. Andre elementer blev dannet i katastrofale stjerneeksplosioner. Og i centrum af galakserne, supermassive sorte huller voksede ved at akkumulere baryoner, frigiver energi i processen.

Unge stjerners flammer, eksplosionerne af supernovaer og intensiteten af ​​sorte huller har en vigtig effekt:de driver gasstrømme gennem og ud af galakser. Vi har længe vidst, at denne "feedback" er afgørende for at regulere væksten af ​​galakser og for at blande de forskellige kemiske grundstoffer i områder mellem stjerner. Uden en sådan blanding, du ville ikke eksistere. Noget af jernet i dit blod kommer fra supernovaer, og kulstoffet kommer fra asken fra for længst døde stjerner. Vi er alle, hvad de onde i Harry Potter kan kalde kosmiske "mudderblod".

Nogle af gasstrømmene drevet af stjernedannelse og sorte huls vækst kan undslippe galakser, dukker op i det "cirkumgalaktiske medium" - eller CGM. Dette er grænsefladen mellem det interstellare medium (stoffet mellem stjerner) og det bredere intergalaktiske medium (stoffet mellem galakser).

Disse vinde transporterer tunge grundstoffer dannet i galakser ud i CGM. Nogle af disse elementer vil senere "regne" ned igen, måske indarbejdes i nye solsystemer. Andre vil tilbringe resten af ​​evigheden i eksil i det intergalaktiske rum.

Computersimuleringer viser denne proces i smukke detaljer. Men mens vi kan måle udstrømninger omkring galakser i det virkelige univers, vi har ikke direkte observeret dem i meget store skalaer, som strækker sig hundredtusindvis af lysår rundt om galakser. Indtil nu.

Et galaktisk spøgelse

Vi har brugt et instrument kaldet Keck Cosmic Web Imager til at observere en galakse, der er en del af en prøve af galakser, vi har studeret i nogen tid. Instrumentet, baseret på Hawaii, er ikke noget almindeligt kamera. Den måler spektrum af lys opsamlet af teleskopet, spreder lyset i dets forskellige frekvenser, eller farver. Dette giver os mulighed for at se meget mere, end det ellers ville være muligt med et traditionelt billedkamera.

Galakserne var af interesse for os, fordi de er kendt for at drive ekstremt hurtige udstrømninger af gas, rejser kl 1, 000 kilometer i sekundet eller mere. De er også ekstremt kompakte sammenlignet med de fleste galakser. Vi tror, ​​at de fleste af dem er dannet ved sammenstødet mellem to galakser, der nu er smeltet sammen til én.

Da vi så på KCWI-dataene for første gang, det fik hårene til at rejse sig i nakken på os. Vi forventede at opdage noget, men det, vi så, overraskede os virkelig. Rundt om galaksen var en enorm sky af glødende gas, ligner formen af ​​et timeglas næsten en tredjedel af en million lysår på tværs. Denne glødende tåge dværger den centrale galakse, men uden KCWI ville du ikke vide, at den var der.

Der sker dog ikke noget paranormalt her. Fra farven, eller frekvens, af lyset, vi ved, at det udsendes af oxygenioner. Vores analyse viser, at tågen er dannet som et resultat af to forskellige gasudstrømninger - vinde - der har forplantet sig fra den centrale galakse ind i CGM. Vi kalder tågen Makani – et hawaiiansk ord for vind – af respekt for den kulturelle betydning af bjerget, hvorfra observationerne blev foretaget.

I Makani ser vi for første gang direkte den mekanisme, hvormed CGM'en opvarmes og beriges. Vores indledende analyse viser, at egenskaberne ved udstrømningen stort set stemmer overens med forudsigelser fra teori. Det har vi nu det ideelt system til at studere processen, og kan bruge disse data til at forfine modellerne.

Hvad der er brug for nu, er flere eksempler på objekter som Makani. Og ligesom de efterforskere, vi er, vores hold er nu på jagt efter andre spøgelser, der lurer derude.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.