Οι αστρονόμοι βλέπουν μέσα από τη σκόνη του Γαλαξία για να παρακολουθούν από πού προέρχεται η ακτινοβολία στο κέντρο του γαλαξία
Το κέντρο του ίδιου του γαλαξία μας μπορεί να είναι ένα από τα πιο μυστηριώδη μέρη του Σύμπαντος. Οι αστρονόμοι πρέπει να διερευνήσουν την πυκνή σκόνη για να δουν τι συμβαίνει εκεί. Όλη αυτή η σκόνη κάνει τη ζωή δύσκολη για τους αστρονόμους που προσπαθούν να κατανοήσουν όλη την ακτινοβολία στο κέντρο του Γαλαξία μας και ποια ακριβώς είναι η πηγή της.
Μια νέα μελέτη που βασίζεται σε δεδομένα 20 ετών - και μια φυσαλίδα υδρογόνου όπου δεν θα έπρεπε να υπάρχει - βοηθά τους αστρονόμους να κατανοήσουν όλη αυτή την ενέργεια.
Είναι μια αστρονομική ιδιαιτερότητα ότι κατά κάποιο τρόπο γνωρίζουμε περισσότερα για άλλους γαλαξίες παρά για τους δικούς μας. Οι επιστήμονες εξέτασαν την ενέργεια που προέρχεται από το κέντρο χιλιάδων άλλων σπειροειδών γαλαξιών στο ορατό φως. Αλλά για τον δικό μας Γαλαξία, αυτή η γνώση εμποδίζεται από πυκνά σύννεφα αερίου και σκόνης.
Μια ομάδα ερευνητών εξέτασε δεδομένα δεκαετιών από το τηλεσκόπιο Wisconsin H-Alpha Mapper (WHAM) για ενδείξεις σχετικά με την ενέργεια του Γαλαξία. Τα αποτελέσματά τους είναι σε ένα έγγραφο με τίτλο ' Ανακάλυψη γραμμών διάχυτης οπτικής εκπομπής από τον εσωτερικό γαλαξία: Στοιχεία για αέριο τύπου LI(N)ER .» Ο κύριος συγγραφέας είναι ο Dhanesh Krishnarao από το Πανεπιστήμιο του Wisconsin. Η εργασία δημοσιεύεται στο περιοδικό Science Advances.
Υπάρχει μια τεράστια ποσότητα υδρογόνου κοντά στο κέντρο του Γαλαξία. Αυτό το υδρογόνο ιονίζεται από την ενέργεια από το γαλαξιακό κέντρο. Ως ιονισμένο αέριο, του αφαιρέθηκαν τα ηλεκτρόνια του. Το τηλεσκόπιο WHAM έχει σχεδιαστεί για να βλέπει το ιονισμένο υδρογόνο, το οποίο εμφανίζεται κόκκινο όταν το βλέπουμε με το «σκόπιο».
Το τηλεσκόπιο WHAM βρίσκεται στο Διαμερικανικό Παρατηρητήριο Cerro-Tololo στη Χιλή. Είναι μια πλήρως ρομποτική, τηλεκατευθυνόμενη εγκατάσταση. Πίστωση εικόνας: WHAM/Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν.
Δεν είναι μόνο ότι το υδρογόνο ιονίζεται. Αφού ιονιστεί ένα αέριο, τα ιόντα συνήθως ανασυνδυάζονται σε ουδετερότητα σε σύντομο χρονικό διάστημα. Το γεγονός ότι όλο αυτό το υδρογόνο ιονίζεται συνεχώς από μια πηγή ενέργειας είναι ο σύνδεσμος μεταξύ των δεδομένων WHAM και της ενέργειας στο κέντρο του Γαλαξία. Οι αστρονόμοι έχουν σκεφτεί ότι η πηγή ενέργειας για αυτόν τον ιονισμό είναι ο σχηματισμός άστρων, αλλά αυτό δεν είναι οριστικό.
Το WHAM είναι ειδικά κατασκευασμένο για να μελετά το ιονισμένο αέριο. Ο Γαλαξίας περιέχει ένα παχύ στρώμα του, που ονομάζεται Θερμό Ιονισμένο Μέσο (WIM), το οποίο είναι ένα ξεχωριστό και κύριο συστατικό του γαλαξιακού διαστρικού μέσου. Το WIM είναι ο πρωταρχικός στόχος του WHAM.
«Χωρίς μια συνεχή πηγή ενέργειας, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια συνήθως βρίσκουν το ένα το άλλο και ανασυνδυάζονται για να επιστρέψουν σε μια ουδέτερη κατάσταση σε σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα», εξήγησε ο συν-συγγραφέας L. Matthew Haffner του Embry-Riddle Aeronautical University, σε μια δελτίο τύπου . «Το να μπορούμε να βλέπουμε ιονισμένο αέριο με νέους τρόπους θα πρέπει να μας βοηθήσει να ανακαλύψουμε τα είδη των πηγών που θα μπορούσαν να είναι υπεύθυνες για τη διατήρηση όλου αυτού του αερίου σε ενέργεια».
Όλα ξεκίνησαν όταν ο συν-συγγραφέας Bob Benjamin, καθηγητής Αστρονομίας στο UW–Whitewater, εξέταζε τα δεδομένα του WHAM πριν από δύο χρόνια. Τα δεδομένα προήλθαν από παρατηρήσεις ιονισμένου υδρογόνου στον Γαλαξία μας. Ο Μπέντζαμιν βρήκε αυτό που ονόμασε «κόκκινη σημαία». Από το σκονισμένο κέντρο του Γαλαξία μας προεξείχε μια φυσαλίδα ιονισμένου υδρογόνου με περίεργο σχήμα.
Και αυτή η φούσκα κινούνταν προς την κατεύθυνση της Γης.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν το τηλεσκόπιο Wisconsin H-alpha Mapper, ή WHAM, για να μετρήσουν την εκπομπή ορατού φωτός από το υδρογόνο σε μια περιοχή σε σχήμα δίσκου με κλίση κάτω από το επίπεδο του Γαλαξία, τονισμένη με κόκκινο χρώμα. DHANESH KRISHNARAO/ΕΙΚΟΝΑ ΓΑΛΑΚΤΟΔΡΟΜΟΥ ΑΠΟ AXEL MELLINGER
Οι αστρονόμοι αποκαλούν αυτό το χαρακτηριστικό 'Κεκλιμένο Δίσκο'. Το περίεργο σχήμα του δεν μπορεί να εξηγηθεί από φυσικές αιτίες όπως η περιστροφή του γαλαξία. Κάτι άλλο κρύβεται πίσω από αυτό.
Οι ερευνητές συνειδητοποίησαν ότι αυτή ήταν μια σπάνια ευκαιρία: ο δίσκος προεξείχε από το συνηθισμένο του κάλυμμα από παχιά σκόνη. Μπορούσαν τώρα να το μελετήσουν με οπτικό φως, χάρη στο WHAM. Κανονικά, ο κεκλιμένος δίσκος είναι ορατός μόνο σε υπέρυθρες ή ραδιόφωνο, λόγω του σκονισμένου πέπλου. Αυτό επέτρεψε στους ερευνητές να συγκρίνουν το κέντρο του Γαλαξία με παρατηρήσεις ορατού φωτός άλλων σπειροειδών γαλαξιών.
«Για πρώτη φορά, μπορέσαμε να συγκρίνουμε απευθείας μετρήσεις από τον Γαλαξία μας με αυτόν τον μεγάλο πληθυσμό».
L. Matthew Haffner, Συν-συγγραφέας της μελέτης, Embry-Riddle Aeronautical University
«Το να είμαστε σε θέση να κάνουμε αυτές τις μετρήσεις στο οπτικό φως μας επέτρεψε να συγκρίνουμε τον πυρήνα του Γαλαξία με άλλους γαλαξίες πολύ πιο εύκολα», είπε ο Χάφνερ. «Πολλές προηγούμενες μελέτες έχουν μετρήσει την ποσότητα και την ποιότητα του ιονισμένου αερίου από τα κέντρα χιλιάδων σπειροειδών γαλαξιών σε όλο το σύμπαν. Για πρώτη φορά, μπορέσαμε να συγκρίνουμε απευθείας μετρήσεις από τον Γαλαξία μας με αυτόν τον μεγάλο πληθυσμό».
Υπάρχουν υπάρχουσες επιστημονικές μοντέλα ιονισμένου αερίου που αποτελεί το WIM. Σε αυτή τη νέα έρευνα, ο επικεφαλής συγγραφέας Dhanesh Krishnarao χρησιμοποίησε ένα για να προβλέψει πόσο ιονισμένο αέριο θα πρέπει να υπάρχει στην περιοχή της κόκκινης σημαίας που εντόπισε ο Benjamin. Εξέλιξε αυτές τις προβλέψεις με τα ακατέργαστα δεδομένα του WHAM και κατέληξε σε μια ακριβή τρισδιάστατη εικόνα της δομής της φυσαλίδας. Χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία, οι ερευνητές εντόπισαν πόσο άζωτο και οξυγόνο υπήρχαν, δίνοντάς τους περισσότερες ενδείξεις για τη συνολική σύνθεση της δομής.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το 48% του αερίου στη λειτουργία Κεκλιμένου Δίσκου ιονίζεται από μια πηγή ενέργειας που είναι άγνωστη. Όπως λέει ο κύριος συγγραφέας Krishnarao, «Ο Γαλαξίας μπορεί τώρα να χρησιμοποιηθεί για να κατανοήσουμε καλύτερα τη φύση του».
Αυτό το πυκνό σε πληροφορίες σχήμα από τη μελέτη δείχνει μερικά από τα ευρήματα της ομάδας. Το επάνω πλαίσιο δείχνει τη διάταξη της δυνατότητας Tilted Disk, με τις φυσαλίδες Fermi να περιγράφονται με μωβ για αναφορά. Το κάτω πλαίσιο δείχνει φασματικά κοντινά πλάνα δύο από τους στόχους του WHAM. Κάθε κάτω πλαίσιο δείχνει την παρουσία υδρογόνου άλφα, υδρογόνου βήτα, καθώς και θείου II, αζώτου II και οξυγόνου III. Πίστωση εικόνας: Krishnarao et al, 2020.
Πριν από αυτή την εργασία, οι επιστήμονες γνώριζαν μόνο για ουδέτερο ή μη ιονισμένο αέριο στην κεντρική περιοχή. Τώρα, έχουν καλύτερη κατανόηση του ιονισμένου αερίου και γνωρίζουν επίσης ότι αλλάζει καθώς απομακρύνεται από το γαλαξιακό κέντρο. Αυτό είναι ένα κρίσιμο εύρημα, γιατί δείχνει για πρώτη φορά ότι ο Γαλαξίας είναι παρόμοιος με άλλους σπειροειδείς γαλαξίες που ονομάζονται LINERs.
«Κοντά στον πυρήνα του Γαλαξία», εξήγησε ο Κρισναράο, «το αέριο ιονίζεται από νεοσύστατα αστέρια, αλλά όσο απομακρύνεσαι από το κέντρο, τα πράγματα γίνονται πιο ακραία και το αέριο γίνεται παρόμοιο με μια κατηγορία γαλαξιών που ονομάζονται LINERs , ή περιοχές χαμηλού ιονισμού (πυρηνικών) εκπομπών .
Τα LINER είναι γαλαξιακές πυρήνες που προσδιορίζονται από τις φασματικές γραμμικές εκπομπές τους, οι οποίες δείχνουν την παρουσία ασθενώς ιονισμένων ή ουδέτερων ατόμων όπως O, O+, Ν+, και S+. Περίπου το ένα τρίτο των κοντινών γαλαξιών είναι LINER. Είναι πιο ακτινοβολούμενοι από τους γαλαξίες των οποίων η μόνη πηγή ενέργειας είναι ο σχηματισμός άστρων, αλλά λιγότερο ακτινοβολούν από τους γαλαξίες που έχουν μια ενεργά τροφοδοτούμενη υπερμεγέθη μαύρη τρύπα.
«Πριν από αυτή την ανακάλυψη του WHAM, ο Γαλαξίας της Ανδρομέδας ήταν η πλησιέστερη σε εμάς σπείρα LINER».
L. MATTHEW HAFFNER, ΣΥΝΤΑΚΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ, EMBRY-RIDDLE AERONAUTICAL UNIVERSITY
Τώρα που γνωρίζουμε ότι ο δικός μας γαλαξίας Milky Way είναι ένας LINER, σημαίνει ότι οι αστρονόμοι μπορούν τώρα να μελετήσουν ένα LINER από κοντά και προσωπικά.
Ο γαλαξίας της Ανδρομέδας είναι επίσης ένας σπειροειδής γαλαξίας LINER. Παρόλο που είναι κοντά σε αστρονομικούς όρους, εξακολουθεί να είναι πολύ μακρινό και δύσκολο να μελετηθεί. Πίστωση εικόνας: NASA/ESA/Hubble
«Πριν από αυτή την ανακάλυψη του WHAM, ο Γαλαξίας της Ανδρομέδας ήταν η πλησιέστερη σε εμάς σπείρα LINER», είπε ο Χάφνερ. «Αλλά είναι ακόμα εκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Με τον πυρήνα του Γαλαξία μας σε απόσταση μόλις δεκάδων χιλιάδων ετών φωτός, μπορούμε τώρα να μελετήσουμε μια περιοχή LINER με περισσότερες λεπτομέρειες. Η μελέτη αυτού του εκτεταμένου ιονισμένου αερίου θα μας βοηθήσει να μάθουμε περισσότερα για το τρέχον και το παρελθόν περιβάλλον στο κέντρο του Γαλαξία μας.»
Υπάρχουν ακόμα πολλά ερωτήματα φυσικά. Παρόλο που τώρα γνωρίζουμε ότι ο Γαλαξίας είναι LINER και ότι η δομή φυσαλίδας που εντόπισε ο Benjamin που ξεκίνησε όλα αυτά φαίνεται να κινείται προς εμάς μόνο λόγω της ελλειπτικής τροχιάς του, το βασικό ερώτημα παραμένει αναπάντητο: ποια είναι η πηγή ενέργειας που είναι αυτή οδηγώντας όλον αυτόν τον ιονισμό;
«Το WHAM ήταν ένα εξαιρετικό εργαλείο για την παραγωγή της πρώτης πανοραμικής έρευνας αυτού του αερίου, αλλά είμαστε πεινασμένοι για περισσότερες λεπτομέρειες τώρα».
L. MATTHEW HAFFNER, ΣΥΝΤΑΚΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ, EMBRY-RIDDLE AERONAUTICAL UNIVERSITY
Αυτή η ερώτηση μπορεί να χρειαστεί να περιμένει τον διάδοχο του WHAM, που έχει προγραμματιστεί αλλά δεν έχει κατονομαστεί ακόμη.
«Τα επόμενα χρόνια, ελπίζουμε να δημιουργήσουμε το διάδοχο του WHAM, το οποίο θα μας δώσει μια πιο ευκρινή εικόνα του φυσικού αερίου που μελετάμε», είπε ο Χάφνερ. «Αυτή τη στιγμή τα «pixel» του χάρτη μας έχουν διπλάσιο μέγεθος από την πανσέληνο. Το WHAM ήταν ένα εξαιρετικό εργαλείο για την παραγωγή της πρώτης πανοραμικής έρευνας αυτού του αερίου, αλλά είμαστε πεινασμένοι για περισσότερες λεπτομέρειες τώρα».
Περισσότερο:
- Δελτίο τύπου: Η επιστημονική «κόκκινη σημαία» αποκαλύπτει νέες ενδείξεις για τον γαλαξία μας, λέει ο ερευνητής Embry-Riddle
- Ερευνητική εργασία: Ανακάλυψη γραμμών διάχυτης οπτικής εκπομπής από τον εσωτερικό γαλαξία: Στοιχεία για αέριο τύπου LI(N)ER
- Σύμπαν σήμερα: Οι αστρονόμοι βρίσκουν την πηγή των τεράστιων φυσαλίδων αερίου που ρέουν έξω από τον Γαλαξία μας, ακόμα δεν έχουν ιδέα τι τις προκάλεσε