Astronomen Vangen De Wind Uit De Melkweg

[univers]

Onderzoekers zien voor het eerst direct een enorme uitstroom van gas die zich uitstrekt tot ver voorbij een Galaxy

Onderzoek naar de invloed van galactische winden van een verre melkweg genaamd Makani, University of California, San Diego Alison Coil, David Rupke van het Rhodes College en een groep medewerkers van over de hele wereld deden een nieuwe ontdekking met behulp van WM Keck Observatory op Hawaii Island .

De bevindingen van hun studie, die vandaag online zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature , bieden voor het eerst direct bewijs voor de rol van galactische winden - uitstoot van gas uit sterrenstelsels - bij het creëren van het circumgalactische medium (CGM). Het bestaat in de regio's rond sterrenstelsels en speelt een actieve rol in hun kosmische evolutie. De unieke samenstelling van Makani - wat 'wind' betekent in het Hawaiiaans - leende zich uniek voor de doorbraakbevindingen.

"Makani is geen typisch sterrenstelsel," merkte Coil op, professor natuurkunde aan UC San Diego . “Het staat bekend als een belangrijke fusie in een laat stadium - twee recent gecombineerde vergelijkbare massieve sterrenstelsels, die samenkwamen vanwege de aantrekkingskracht die elk van elkaar voelde toen ze dichterbij kwamen. Galaxy-fusies leiden vaak tot starburst-gebeurtenissen, wanneer een aanzienlijke hoeveelheid gas in de samenvoegende sterrenstelsels wordt gecomprimeerd, wat resulteert in een uitbarsting van nieuwe stergeboorten. Die nieuwe sterren, in het geval van Makani, hebben waarschijnlijk de enorme uitstromen veroorzaakt - hetzij in stellaire winden of aan het einde van hun leven toen ze explodeerden als supernovae. "


Een volumeweergave van de KCWI-gegevenskubus die de structuur van Makani onthult. Credit: David Tree & Peter Richardson, Games and Visual Effects Research Lab, University of Hertfordshire
Coil legde uit dat het grootste deel van het gas in het universum onverklaarbaar voorkomt in de gebieden rondom sterrenstelsels - niet in de sterrenstelsels. Wanneer astronomen een sterrenstelsel observeren, zijn ze meestal niet getuige van het ondergaan van dramatische gebeurtenissen - grote fusies, de herschikking van sterren, het creëren van meerdere sterren of het aansturen van enorme, snelle winden.

"Hoewel deze gebeurtenissen op enig moment in het leven van een melkwegstelsel kunnen voorkomen, zouden ze relatief kort zijn," merkte Coil op. "Hier, we vangen het eigenlijk allemaal goed op, want het gebeurt door deze enorme uitstromen van gas en stof."

Coil en Rupke, de eerste auteur van het papier, gebruikten gegevens verzameld van een van de nieuwste instrumenten van Keck Observatory - de Keck Cosmic Web Imager (KCWI) - gecombineerd met afbeeldingen van de Hubble Space Telescope en de Atacama Large Millimeter Array (ALMA), om trekken hun conclusies.

De KCWI-gegevens gaven wat de onderzoekers de 'verbluffende detectie' van het geïoniseerde zuurstofgas noemen op extreem grote schaal, ver voorbij de sterren in de melkweg. Hiermee konden ze een snelle gasuitstroom onderscheiden die een paar miljoen jaar geleden vanuit de melkweg werd gelanceerd, en een gasuitstroom die honderden miljoenen jaren eerder werd gelanceerd en die sindsdien aanzienlijk is vertraagd.

"De eerdere uitstroom is naar grote afstanden van de melkweg gestroomd, terwijl de snelle, recente uitstroom daar geen tijd voor heeft gehad", vatte Rupke, universitair hoofddocent natuurkunde aan het Rhodes College, samen .


De gigantische galactische wind rond het massieve, compacte sterrenstelsel Makani. De kleuren en witte contourlijnen tonen de hoeveelheid licht die wordt uitgestraald door het geïoniseerde gas uit verschillende delen van de zuurstofnevel, van helderste (wit) tot zwakste (paars). Het middelste deel van de afbeelding (zwart) geeft de volledige omvang van de melkweg weer, hoewel het grootste deel van de melkweg in het midden geconcentreerd is (de kleine groene cirkel). De assen tonen afstand van het centrum van de melkweg in kiloparsecs. Figuur door: Gene Leung (UC San Diego)
Van Hubble hebben de onderzoekers beelden gemaakt van de sterren van Makani, waaruit blijkt dat het een enorm, compact sterrenstelsel is dat het resultaat is van een fusie van twee eens afzonderlijke sterrenstelsels. Van ALMA konden ze zien dat de uitstroom zowel moleculen als atomen bevat. De gegevenssets gaven aan dat met een gemengde populatie van oude, middelbare leeftijd en jonge sterren, de melkweg ook een door stof verduisterd groter wordend zwart gat kan bevatten. Dit suggereert de wetenschappers dat de eigenschappen en tijdschalen van Makani consistent zijn met theoretische modellen van galactische winden.

“Zowel qua omvang als snelheid van reizen, zijn de twee uitstromen consistent met hun creatie door deze afgelopen starburst-evenementen; ze zijn ook consistent met theoretische modellen van hoe groot en snel wind zou moeten zijn als gecreëerd door starbursts. Dus waarnemingen en theorie komen hier goed overeen ', aldus Coil.

Rupke merkte op dat de zandlopervorm van de nevel van Makani sterk doet denken aan soortgelijke galactische winden in andere sterrenstelsels, maar dat de wind van Makani veel groter is dan in andere waargenomen sterrenstelsels.

"Dit betekent dat we kunnen bevestigen dat het daadwerkelijk gas van de melkweg naar de circumgalactische gebieden eromheen verplaatst, en ook meer gas uit zijn omgeving opvegen terwijl het naar buiten beweegt," verklaarde Rupke. "En het verplaatst er veel van - minstens één tot 10 procent van de zichtbare massa van de hele melkweg - met zeer hoge snelheden, duizenden kilometers per seconde."

Rupke merkte ook op dat terwijl astronomen convergeren op het idee dat galactische winden belangrijk zijn voor het voeden van de CGM, het meeste bewijs afkomstig is van theoretische modellen of observaties die niet de hele melkweg omvatten.

"Hier hebben we het hele ruimtelijke beeld voor één melkwegstelsel, wat een opmerkelijke illustratie is van wat mensen verwachtten," zei hij. "Het bestaan ​​van Makani biedt een van de eerste directe vensters in hoe een melkwegstelsel bijdraagt ​​aan de voortdurende vorming en chemische verrijking van zijn CGM."


De meerfasige galactische wind: vergelijking van het geïoniseerde, neutrale atomaire en moleculaire gas. In het ingezoomde beeld van de binnenste 40 kiloparsecs rechtsboven wordt de moleculaire gasemissie van koolmonoxide (groene contouren) uitgezet op de emissie van magnesiumatomen die neutraal atomair gas (kleur, met witte contouren) volgen in hetzelfde snelheidsbereik (-500 tot +500 kilometer per seconde, waarbij negatieve snelheden blauw worden verschoven en positieve snelheden rood worden verschoven ten opzichte van de melkweg). Het ingezoomde beeld linksonder vergelijkt de emissie van moleculen met lage snelheid en geïoniseerde zuurstofatomen, en het moleculaire en geïoniseerde gas met hoge snelheid worden rechtsonder getoond. De moleculen, neutrale atomen en geïoniseerd gas komen allemaal ruimtelijk goed overeen, hoewel het geïoniseerde gas veel verder reikt dan de andere twee gasfasen. Figuur door:
Deze studie werd ondersteund door de National Science Foundation (samenwerkingsbeurs AST-1814233, 1813365, 1814159 en 1813702), NASA (award SOF-06-0191, uitgegeven door USRA), Rhodes College en de Royal Society.

http://www.keckobservatory.org/makani/