Filamentele de hidrogen au o lungime de 3900 de ani lumină

Cu aproximativ 13,8 miliarde de ani în urmă, universul nostru s-a născut într-o explozie gigantică care a dat naștere primelor particule subatomice și legile fizicii așa cum le cunoaștem. După aproximativ 370.000 de ani, sa format hidrogenul, elementul de bază al stelelor, care fuzionează hidrogenul și heliul în interiorul lor pentru a forma toate elementele mai grele. În timp ce hidrogenul rămâne cel mai răspândit element din univers, poate fi dificil să detectezi nori individuali de hidrogen gazos în mediul interstelar (ISM).

Acest lucru face dificilă cercetarea etapelor incipiente ale formării stelelor, care ar oferi indicii despre evoluția galaxiilor și a universului. O echipă internațională condusă de astronomi din Institutul Max Planck pentru Astronomie (MPIA) a observat recent prezența unor filamente uriașe de hidrogen atomic în galaxia noastră. Această structură, numită „Maggie”, este situată la aproximativ 55.000 de ani lumină distanță (de cealaltă parte a calea Lactee) și este una dintre cele mai înalte structuri observate vreodată în galaxia noastră.

Studiul care descrie descoperirile lor a apărut recent în jurnal Astronomie și astrofizicăȘi Condus de Jonas Seid, Ph.D. Student la MPIA. Lui i s-au alăturat cercetătorii de la Universitatea din Viena Centrul Harvard-Smithsonian pentru Astrofizică (CfA), cel Institutul Max Planck pentru Radio Astronomie (MPIFR), Universitatea din Calgary, Universitatea din Heidelberg, Centrul pentru Astrofizică și Științe Planetarecel Argelander- Institutul de AstronomieInstitutul Indian de Știință și NASALaboratorul de propulsie cu reacție (JPL)Laboratorul de propulsie cu reacție).

Cercetarea se bazează pe datele obținute HI/OH/Recombination Line Survey of the Milky Way (THOR), un software de monitorizare bazat pe Colecție foarte mare de Karl G. Jansky (VLA) în New Mexico. Folosind antene radio cu unde centimetrice ale VLA, acest proiect studiază formarea norilor moleculari, conversia atomilor în hidrogen molecular, câmpul magnetic al galaxiei și alte întrebări legate de ISM și formarea stelelor.

Scopul final este de a determina modul în care cei mai comuni izotopi de hidrogen converg pentru a forma nori denși care se ridică în stele noi. Izotopii includ hidrogenul atomic (H), constând dintr-un proton, un electron și fără neutroni, și hidrogenul molecular (H).₂) constă din doi atomi de hidrogen ținuți împreună printr-o legătură covalentă. Aceștia din urmă se condensează doar în nori relativ compacti care vor dezvolta regiuni geroase în care în cele din urmă apar stele noi.

Această imagine arată o secțiune a vederii laterale a Căii Lactee măsurată de satelitul Gaia al Agenției Spațiale Europene. Banda întunecată este formată din gaz și praf, care stinge lumina de la stelele îmbinate. Centrul galactic al Căii Lactee este indicat în dreapta imaginii și strălucește puternic sub regiunea întunecată. Caseta din stânga centrului indică locația firelor „Maggie”. Afișează distribuția hidrogenului atomic. Culorile indică viteze diferite ale gazului. Credit: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO & T. Müller/J. Syd/MPIA

Procesul de tranziție a hidrogenului atomic la hidrogen molecular este încă necunoscut, ceea ce a făcut din acest fir extrem de lung o descoperire deosebit de interesantă. În timp ce cei mai mari nori cunoscuți de gaz molecular au o lungime de aproximativ 800 de ani lumină, Magi are o lungime de 3.900 de ani lumină și o lățime de 130 de ani lumină. După cum a explicat Syed într-un MPIA recent comunicat de presa:

„Acest thread a contribuit la acest succes. Încă nu știm exact cum ai ajuns acolo. Dar șirul se extinde la aproximativ 1.600 de ani lumină sub planul Căii Lactee. De asemenea, observațiile ne-au permis să determinăm viteza hidrogenului gazos. Acest lucru ne-a permis să arătăm că vitezele de-a lungul siguranței diferă cu greu.„

Analiza echipei a arătat că materialul din filament are o viteză medie de 54 km/s^-1, pe care l-au determinat în primul rând prin măsurarea față de rotația discului Căii Lactee. Aceasta înseamnă că radiația are o lungime de undă de 21 cm (aka „linia de hidrogenEra vizibil pe fundalul cosmic, făcând structura recunoscută. „Observațiile ne-au permis, de asemenea, să determinăm viteza hidrogenului gazos”, a spus Henrik Beuther, președintele THOR și coautor al studiului. „Acest lucru ne-a permis să arătăm că vitezele de-a lungul filamentul abia diferă.”

Această imagine în culori false arată distribuția hidrogenului atomic măsurată la o lungime de undă de 21 cm. Linia roșie întreruptă urmărește pistele „Maggie”. credit: c. Master / MPIA

Din aceasta, cercetătorii au concluzionat că Maggi este o structură coerentă. Aceste rezultate au confirmat observațiile făcute cu un an în urmă de Juan de Soler, astrofizician la Universitatea din Viena și coautor al lucrării. Când a observat firul, l-a numit cel mai lung râu din Columbia natală: Río Magdalena (în engleză: Margaret, sau „Maggie”). În timp ce Maggie ar fi putut fi identificată în evaluarea anterioară de către Soler a datelor THOR, doar studiul actual a demonstrat dincolo de orice îndoială rezonabilă că este o structură coerentă.

Pe baza datelor publicate anterior, echipa a estimat, de asemenea, că Maggi conține 8% hidrogen molecular într-o fracțiune din masă. La o examinare mai atentă, echipa a observat că gazul convergea în diferite puncte de-a lungul filamentului, ceea ce i-a condus la concluzia că hidrogenul gazos se acumulează în nori mari în acele locații. Ei au prezis, de asemenea, că gazul atomic se va condensa treptat într-o formă moleculară în acele medii.

„Cu toate acestea, multe întrebări rămân fără răspuns”, a adăugat Syed. „Datele suplimentare, care sperăm că ne vor oferi mai multe indicii despre fracția de gaz molecular, așteaptă deja să fie analizate”. Din fericire, mai multe observatoare spațiale și terestre vor fi în curând operaționale și telescoape care vor fi echipate pentru a studia aceste filamente în viitor. Acestea includ Telescopul spațial James Webb (JWST) și sondaje radio, cum ar fi matrice de kilometri pătrați (SKA), care ne va permite să vedem cea mai veche perioadă a universului („zori cosmic”) și primele vedete din lumea noastră.

Postat inițial în universul de azi.

Pentru mai multe informații despre această cercetare, vezi O structură de filament masiv – lungă de 3.900 de ani lumină – a fost descoperită în Calea Lactee.

Referință: „Maggie filaments”: physical properties of a giant atomic cloud” de J. Syed, JD Soler, H. Beuther, Y. Wang, S. Suri, JD Henshaw, M. Riener, S. Bialy, S. Rezaei Kh ., JM Stil, PF Goldsmith, MR Rugel, SCO Glover, RS Klessen, J. Kerp, JS Urquhart, J. Ott, N. Roy, N. Schneider, RJ Smith, SN Longmore și H. Linz, 20 decembrie 2021, Disponibil aici. Astronomie și astrofizică.
DOI: 10.1051 / 0004-6361 / 202141265