Astronomiehold finder bevis på galaktisk metal indhyllet i støv

En grundig forståelse af galakseudviklingen afhænger til dels af en nøjagtig måling af mængden af ​​metaller i det intergalaktiske medium - rummet mellem stjerner - men støv kan hindre observationer i optiske bølgelængder. Et internationalt hold af astronomer ved University of California, Irvine, Oxford University i England og andre institutioner afslørede beviser for tungere grundstoffer i lokale galakser - der viste sig at være mangelfulde i tidligere undersøgelser - ved at analysere infrarøde data indsamlet under en flerårig kampagne.

Til et papir, der for nylig er udgivet i Nature Astronomy, forskerne undersøgte fem galakser, der er svage i synlige bølgelængder, men billioner af gange mere lysende end solen i det infrarøde. Interaktioner mellem disse galakser og nabostjernesystemer får gas til at flytte rundt og kollapse, hvilket skaber betingelser for vidunderlig stjernedannelse.

"Ved at studere gasindholdet i disse galakser med optiske instrumenter var astronomer overbevist om, at de var betydeligt metalfattige sammenlignet med andre galakser med lignende masse," sagde hovedforfatter Nima Chartab, UCI postdoc i fysik og astronomi. "Men da vi observerede emissionslinjer fra disse støvede galakser i infrarøde bølgelængder, fik vi et klart overblik over dem og fandt ingen væsentlig metalmangel."

For at bestemme mængden af ​​gasfasemetaller i det intergalaktiske medium, forsøgte astronomerne at indhente data om forholdet mellem proxies, oxygen og nitrogen, fordi infrarøde emissioner fra disse grundstoffer er mindre tilsløret af galaktisk støv.

"Vi leder efter beviser for baryon-cykling, hvor stjerner behandler elementer som brint og helium for at producere kulstof, nitrogen og oxygen," sagde medforfatter Asantha Cooray, UCI-professor i fysik og astronomi. "Stjernerne bliver til sidst supernovaer og blæser op, og så bliver al den gas i udkanten af ​​stjernerne forvandlet til skyer, der bliver kastet rundt. Materialet i dem er løst og diffust, men til sidst gennem gravitationsforstyrrelser forårsaget af andre stjerner, der bevæger sig rundt, gassen vil begynde at klumpe og kollapse, hvilket fører til dannelsen af ​​nye stjerner."

At observere denne proces i infrarøde bølgelængder er en udfordring for astronomer, fordi vanddamp i Jordens atmosfære blokerer for stråling på denne del af det elektromagnetiske spektrum, hvilket gør målinger fra selv de højeste jordteleskoper – som dem ved Keck Observatory på Hawaii – utilstrækkelige.

En del af det datasæt, som holdet brugte, kom fra det nu pensionerede Herschel-rumteleskop, men Herschel var ikke udstyret med et spektrometer, der var i stand til at aflæse en specifik emissionslinje, som det UCI-ledede hold havde brug for til sin undersøgelse. Forskernes løsning var at komme til himlen – og nå mere end 45.000 fod over havets overflade – i Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, NASAs Boeing 747 udstyret med et 2,5 meter teleskop.

"Det tog os næsten tre år at indsamle alle data i brugen af ​​NASA's SOFIA-observatorium, fordi disse flyvninger ikke varer hele natten; de er mere i intervallet 45 minutters observationstid, så undersøgelsen tog en masse flyvninger planlægning og koordinering," sagde Cooray.

Ved at analysere infrarøde emissioner var forskerne i stand til at sammenligne metalliciteten af ​​deres mål ultraluminøse infrarøde galakser med mindre støvede galakser med lignende masse- og stjernedannelseshastigheder. Chartab forklarede, at disse nye data viser, at ultraluminøse infrarøde galakser er på linje med den grundlæggende metallicitetsrelation bestemt af stjernemasse, metaloverflod og stjernedannelseshastighed.

De nye data viser yderligere, at undermængden af ​​metaller, der stammer fra optiske emissionslinjer, sandsynligvis skyldes "tung støvsløring forbundet med starburst," ifølge papiret.

"Denne undersøgelse er et eksempel, hvor det var afgørende for os at bruge denne infrarøde bølgelængde til at få en fuld forståelse af, hvad der foregår i nogle af disse galakser," sagde Cooray. "Da de optiske observationer oprindeligt kom frem, hvilket antydede, at disse galakser havde lave metaller, teoretikere gik og skrev papirer, var der en masse simuleringer, der forsøgte at forklare, hvad der foregik. Folk tænkte:'Måske er de virkelig galakser med lavt metalindhold,' men vi fandt ud af, at det ikke var tilfældet. At have et fuldt overblik over universet over hele det elektromagnetiske spektrum er virkelig afgørende, tror jeg." + Udforsk yderligere

Den fjerntliggende infrarøde emission af galakser med aktive supermassive sorte huller