Det er muligt, at du har set Andromeda galaksen (M31) uden selv at være klar over det. Den massive spiralgalakse fremstår som en grå, spindelformet klat på nattehimlen, synlig med det blotte øje under de rigtige forhold. Det er den nærmeste store galakse til vores, og astronomer har studeret den meget.
Nu har astronomer brugt Hubble-rumteleskopet til at kortlægge Andromedas enorme glorie af varm gas.
Forskere kalder haloen af gas, der omgiver galakser, for det cirkumgalaktiske medium (CGM). CGM er diffust og næsten usynligt. Men efterhånden som forskerne får teknologien til at studere den nærmere, begynder de at forstå den vigtige rolle, den spiller i galaktisk evolution. De tror, at CGM er en vigtig kilde til stjernedannende materiale, og at det regulerer en galakse gasforsyning.
'Den er fuld af spor om galaksens fortid og fremtidige udvikling, og vi er endelig i stand til at studere den meget detaljeret i vores nærmeste galaktiske nabo.'
medforsker Samantha Berek fra Yale University i New Haven, Connecticut.
I en ny undersøgelse brugte et team af forskere Cosmic Origins Spectrograph (COS) på Hubble Space Telescope (HST) for at kortlægge Andromedas CGM. Titlen på undersøgelsen er ' Projekt AMIGA: The Circumgalactic Medium of Andromeda. ” Hovedforfatteren er Nicolas Lehner fra University of Notre Dame i Indiana. Undersøgelsen er offentliggjort i The Astrophysical Journal.
Undersøgelsen viser, at Andromedas glorie er langt det største objekt på nattehimlen, vi kan bare ikke se det. Det strækker sig 1,3 millioner lysår fra centrum af Andromeda, som er cirka halvvejs til vores galakse. I nogle retninger strækker den sig endnu længere, op til 2 millioner lysår. Og Andromedas glorie støder faktisk ind i Mælkevejens glorie.
I en afstand af 2,5 millioner lysår, den majestætiske spiral Andromeda-galakse, er den så tæt på os, at den fremstår som en cigarformet lysklat højt på efterårshimlen. Hvis dens gasformige glorie kunne ses med det blotte øje, ville den være omkring tre gange bredden af Big Dipper - let det største træk på nattehimlen. Billedkredit: NASA , DET HER , J. DePasquale og E. Wheatley ( STScI ) og Z. Levay
Der er også meget flere detaljer i CGM, end forskere troede. Der er to lagdelte dele til det: en indre skal af gas er indlejret inde i en ydre skal. Den indre skal er mere dynamisk, og den ydre skal er varmere og glattere. Holdet af forskere mener, at den indre skal er mere dynamisk og turbulent på grund af udstrømninger fra supernovaer.
'Vi finder ud af, at den indre skal, der strækker sig til omkring en halv million lysår, er langt mere kompleks og dynamisk,' forklarede studieleder Nicolas Lehner fra University of Notre Dame i Indiana. 'Den ydre skal er glattere og varmere. Denne forskel er et sandsynligt resultat af påvirkningen af supernovaaktivitet i galaksens disk, der mere direkte påvirker den indre glorie,' sagde Lehner i en pressemeddelelse .
Det er ikke kun den dynamiske tilstand af den indre glorie, der peger på supernovaer. Det er også sammensætningen af selve gassen. Holdet opdagede en masse tungere grundstoffer i gassen, som er skabt i hjerter af massive stjerner og spredes ud i rummet ved eksploderende supernovaer.
Gassen i CGM udsender noget energi alene, men det er ekstremt svært at se. Forskerne studerede det ved at se det ultraviolette lys fra fjerne kvasarer, når det passerer gennem glorien. Det ultraviolette lys absorberes af Jordens atmosfære, så det kan ikke observeres fra jorden. Men Hubble kan se den fra sin position i Low-Earth Orbit (LEO.)
Holdet fandt 43 kvasarer, der er 'bag' Andromeda fra vores synspunkt. Da de er spredt ud over galaksens bredde og bredde, var forskerne i stand til at studere haloen flere steder. De observerede, hvordan det ultraviolette lys fra de fjerne kvasarer blev absorberet forskelligt i forskellige områder af CGM. Holdet brugte Hubbles COS til at detektere ioniseret gas fra kulstof, silicium og oxygen.
Denne illustration viser placeringen af de 43 kvasarer, der blev brugt til at undersøge Andromedas gasformige halo. Disse kvasarer - de meget fjerne, strålende kerner af aktive galakser drevet af sorte huller - er spredt langt bag glorien, hvilket gør det muligt for videnskabsmænd at undersøge flere områder. Holdet kiggede gennem den enorme glorie på kvasarernes lys, og observerede, hvordan dette lys absorberes af glorien, og hvordan denne absorption ændrer sig i forskellige regioner. Ved at spore absorptionen af lys, der kommer fra baggrundens kvasarer, er videnskabsmænd i stand til at undersøge haloens materiale. Billedkredit: NASA, ESA og E. Wheatley (STScI)
Det er ikke første gang, at ledende forsker Lehner har studeret Andromeda ved at observere lyset fra fjerne kvasarer. I 2015 offentliggjorde han og hans kolleger en pilotundersøgelse af Andromeda baseret på lyset fra kun seks kvasarer. Denne undersøgelse viste, hvor stor og massiv Andromedas CGM er, men den afslørede ikke hele kompleksiteten. Det arbejde hed ' Bevis for et massivt, udvidet cirkumgalaktisk medium omkring Andromedagalaksen ” og blev også offentliggjort i The Astrophysical Journal.
'Tidligere var der meget lidt information - kun seks kvasarer - inden for 1 million lysår fra galaksen. Dette nye program giver meget mere information om denne indre region af Andromedas glorie,” forklarede medforsker J. Christopher Howk fra Notre Dame. 'Det er vigtigt at sondere gas inden for denne radius, da det repræsenterer noget af en gravitationel indflydelsessfære for Andromeda.'
Holdet målte også gassens hastighed i de indre og ydre haloer. Det var sådan, de fandt ud af, at den indre skal er mere dynamisk end den ydre skal. Den indre skal viser flere hastighedskomponenter, mens den ydre skal kun viser én hastighedskomponent. Hastighedsmålingerne gjorde det også muligt for dem at bestemme, at den ydre glorie er gravitationsmæssigt bundet til Andromeda.
'Dette er banebrydende til at fange kompleksiteten af en galakse-halo ud over vores egen Mælkevej.'
Studieleder Nicolas Lehner fra University of Notre Dame i Indiana.
'Det er uhyre vigtigt at forstå de enorme haloer af gas, der omgiver galakser,' forklarede medforsker Samantha Berek fra Yale University i New Haven, Connecticut. 'Dette gasreservoir indeholder brændstof til fremtidig stjernedannelse i galaksen, såvel som udstrømninger fra begivenheder som supernovaer. Den er fuld af spor om fortiden og den fremtidige udvikling af galaksen, og vi er endelig i stand til at studere den meget detaljeret i vores nærmeste galaktiske nabo.'
Andromeda er virkelig vores eneste mulighed for at studere en CGM så detaljeret. Vores position inde i Mælkevejen gør det umuligt at studere Mælkevejens egen CGM. Og ingen anden stor galakse er tæt nok på, at vores nuværende teknologi kan studere på denne måde. Fjerne galakser ser så små ud, at der ikke er nok baggrundskvasarer til spektroskopi. Hver kvasar bag en galakse giver en sigtelinje for videnskabsmænd.
Dette billede fra undersøgelsen viser placeringen af fjerne kvasarer og deres sigtelinjer gennem Andromedas CGM. Etiketten kalder dem QSO'er eller kvasi-stjerneobjekter. Åbne røde cirkler er de 25 kvasar-sigtelinjer, der er erhvervet tidligere, og udfyldte cirkler er de 18 erhvervede for første gang i denne undersøgelse. De grå plustegn er neutrale brintobservationer foretaget med Green Bank Telescope. Billedkredit: Lehner et al., 2020.
'Dette er virkelig et unikt eksperiment, fordi kun med Andromeda har vi information om dens glorie langs ikke kun en eller to sigtelinjer, men over 40,' forklarede Lehner. 'Dette er banebrydende til at fange kompleksiteten af en galakse-halo ud over vores egen Mælkevej.'
Selvom vi ikke kan studere Mælkevejens CGM direkte, siger forskerne, at de kan udlede visse egenskaber ved det baseret på denne undersøgelse. I deres undersøgelse skriver de 'det er sandsynligt, at MW'en på samme måde har en kølig og varm-varm ioniseret CGM,' og at Mælkevejens og Andromedas CGM 'højst sandsynligt allerede må overlappe og interagere med hinanden.'
Hubble-rumteleskopet har et 2,4 m spejl og James Webb-rumteleskopet har et 6,5 m spejl. LUVOIR vil dværge dem begge med et massivt 15m spejl. Billede: NASA
Som det ser ud lige nu, er Andromeda den eneste galakse, der kan granskes på denne måde. Men i fremtiden vil det ændre sig. Fremtidens UV-rumteleskoper kan lide LÆS (Large UV/Optical/IR Surveyor), med sit enorme 15m spejl, skulle give videnskabsfolk mulighed for at studere CGM'er for galakser uden for vores lokale gruppe. I den forstand giver denne undersøgelse os et glimt af nogle potentielle fremtidige resultater.
'Så projekt VEN har også givet os et glimt af fremtiden,” sagde Lehner.
Mere:
- Pressemeddelelse: HUBBLE KORT EN KÆMPE HALO RUNDT ANDROMEDAGALAKSEN
- Undersøgelse: Projekt AMIGA: The Circumgalactic Medium of Andromeda
- Universet i dag: Sådan vil det se ud, når Mælkevejen og Andromedagalakserne kolliderer om milliarder af år fra nu