Włókna wodorowe mają długość 3900 lat świetlnych

Artystyczna koncepcja Drogi Mlecznej. Źródło: Pablo Carlos Bodassi

Około 13,8 miliarda lat temu nasz wszechświat narodził się w gigantycznej eksplozji, która dała początek pierwszym cząstkom subatomowym i prawom fizyki, jakie znamy. Po około 370 000 lat uformował się wodór, podstawowy budulec gwiazd, który łączy wodór i hel w swoim wnętrzu, tworząc wszystkie cięższe pierwiastki. Chociaż wodór pozostaje najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem we Wszechświecie, pojedyncze obłoki gazowego wodoru mogą być trudne do wykrycia w ośrodku międzygwiazdowym (ISM).

Utrudnia to badanie wczesnych etapów powstawania gwiazd, które dostarczyłyby wskazówek na temat ewolucji galaktyk i wszechświata. Międzynarodowy zespół kierowany przez astronomów z Instytut Astronomii im. Maxa Plancka (MPIA) niedawno zauważyła w naszej galaktyce obecność ogromnych włókien atomowego wodoru. Ta struktura, zwana „Maggie”, znajduje się około 55 000 lat świetlnych od nas (po drugiej stronie droga Mleczna) i jest jedną z najwyższych struktur, jakie kiedykolwiek zaobserwowano w naszej galaktyce.

Niedawno w czasopiśmie ukazało się badanie opisujące ich odkrycia Astronomia i astrofizykai Prowadzony przez dr Jonasa Seida Studentka MPIA. Dołączyli do niego naukowcy z Uniwersytetu Wiedeńskiego Centrum Astrofizyki Harvard-Smithsonian (CfA), ten Instytut Radioastronomii im. Maxa Plancka (MPIFR), Uniwersytet Calgary, Uniwersytet w Heidelbergu, Centrum Astrofizyki i Nauk Planetarnych, ten Argelander- Instytut AstronomiiIndyjski Instytut Nauki i NASALaboratorium Napędów Odrzutowych (JPL)Laboratorium Napędów Odrzutowych).

Badanie opiera się na uzyskanych danych HI/OH/rekombinacyjny przegląd linii Drogi Mlecznej (THOR), oprogramowanie monitorujące oparte na Bardzo duża kolekcja Karla G. Jansky (VLA) w Nowym Meksyku. Wykorzystując anteny radiowe VLA o falach centymetrowych, projekt ten bada powstawanie obłoków molekularnych, konwersję atomów w wodór molekularny, pole magnetyczne galaktyki i inne kwestie związane z ISM i powstawaniem gwiazd.

Ostatecznym celem jest ustalenie, w jaki sposób dwa najpowszechniejsze izotopy wodoru zbiegają się, tworząc gęste obłoki, które wznoszą się do nowych gwiazd. Izotopy obejmują wodór atomowy (H), składający się z jednego protonu, jednego elektronu, bez neutronów oraz wodór cząsteczkowy (H).₂) składa się z dwóch atomów wodoru połączonych wiązaniem kowalencyjnym. Te ostatnie tylko kondensują się w stosunkowo zwarte obłoki, które rozwiną mroźne obszary, w których ostatecznie pojawią się nowe gwiazdy.

To zdjęcie przedstawia przekrój bocznego widoku Drogi Mlecznej mierzonej przez satelitę Gaia Europejskiej Agencji Kosmicznej. Ciemne pasmo składa się z gazu i pyłu, które gaszą światło połączonych gwiazd. Galaktyczne centrum Drogi Mlecznej jest wskazane po prawej stronie zdjęcia i świeci jasno poniżej ciemnego obszaru. Ramka po lewej stronie środka wskazuje lokalizację wątków „Maggie”. Pokazuje rozkład atomowego wodoru. Kolory wskazują różne prędkości gazu. Źródło: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO i T. Müller/J. Syd/MPIA

Proces przejścia wodoru atomowego w wodór cząsteczkowy jest nadal w dużej mierze nieznany, co sprawiło, że ten niezwykle długi wątek był szczególnie ekscytującym odkryciem. Podczas gdy największe znane obłoki gazu molekularnego mają około 800 lat świetlnych długości, Magi ma 3900 lat świetlnych długości i 130 lat świetlnych szerokości. Jak wyjaśnił Syed w ostatnim MPIA informacja prasowa:

„Ten wątek przyczynił się do tego sukcesu. Nie wiemy jeszcze dokładnie, jak się tam dostałeś. Ale struna rozciąga się około 1600 lat świetlnych poniżej płaszczyzny Drogi Mlecznej. Obserwacje pozwoliły nam również określić prędkość gazowego wodoru. To pozwoliło nam pokazać, że prędkości wzdłuż lontu prawie się nie różnią.„

Analiza zespołu wykazała, że ​​materiał we włóknie ma średnią prędkość 54 km/s^-1, które określili przede wszystkim mierząc w stosunku do rotacji dysku Drogi Mlecznej. Oznacza to, że promieniowanie ma długość fali 21 cm (aka „linia wodorowaByło to widoczne na tle kosmicznym, dzięki czemu struktura była rozpoznawalna. „Obserwacje pozwoliły nam również określić prędkość gazowego wodoru” – powiedział Henrik Beuther, prezes THOR i współautor badania. „To pozwoliło nam wykazać, że prędkości wzdłuż włókno niewiele się różni.”

Ten sztucznie zabarwiony obraz pokazuje rozkład atomowego wodoru mierzony przy długości fali 21 cm. Czerwona przerywana linia wyznacza ślady „Maggie”. kredyt: ok. Mistrz / MPIA

Na tej podstawie naukowcy doszli do wniosku, że Maggi jest spójną strukturą. Wyniki te potwierdziły obserwacje dokonane rok temu przez Juana de Solera, astrofizyka z Uniwersytetu Wiedeńskiego i współautora artykułu. Kiedy zauważył nić, nazwał ją najdłuższą rzeką w jego rodzinnej Kolumbii: Río Magdalena (po polsku: Margaret lub „Maggie”). Chociaż Maggie mogła zostać zidentyfikowana w poprzedniej ocenie danych THOR Solera, tylko obecne badanie wykazało ponad wszelką wątpliwość, że jest to spójna struktura.

Na podstawie wcześniej opublikowanych danych zespół oszacował również, że Maggi zawiera 8% wodoru cząsteczkowego na ułamek masy. Po bliższym zbadaniu zespół zauważył, że gaz zbiegał się w różnych punktach włókna, co doprowadziło do wniosku, że wodór gromadzi się w dużych chmurach w tych miejscach. Przewidywali również, że gaz atomowy będzie stopniowo zagęszczał się w tych środowiskach do postaci molekularnej.

„Jednak wiele pytań pozostaje bez odpowiedzi” – dodał Syed. „Dodatkowe dane, które, mamy nadzieję, dostarczą nam więcej wskazówek na temat frakcji gazu molekularnego, już czekają na analizę”. Na szczęście wkrótce będzie działać kilka obserwatoriów kosmicznych i naziemnych oraz teleskopy, które w przyszłości zostaną wyposażone do badania tych włókien. Obejmują one Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) i sondaże radiowe, takie jak tablica kilometrów kwadratowych (SKA), co pozwoli nam zobaczyć najwcześniejszy okres wszechświata („kosmiczny świt”) i pierwsze gwiazdy na naszym świecie.

Pierwotnie opublikowany w wszechświat dzisiaj.

Aby uzyskać więcej informacji na temat tych badań, zobacz W Drodze Mlecznej odkryto masywną strukturę włókien o długości 3900 lat świetlnych.

Odniesienie: „Włókna Maggie”: właściwości fizyczne gigantycznej chmury atomowej” 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 i H. Linz, 20 grudnia 2021 r., Dostępny tutaj. Astronomia i astrofizyka.
DOI: 10.1051/0004-6361/202141265