Гигантские облака водорода вокруг далеких галактик — не космическое исключение, как считалось раньше, а обычное явление во Вселенной. Почти половина из них окружена огромными светящимися «туманностями», которые раньше ускользали от наблюдений.
Галактики в ранней Вселенной излучают мощную Линию Лайман-альфа (Ly-α) — свет, возникающий, когда водородный газ вокруг галактик сначала нагревается и теряет электроны, а затем остывает и собирается обратно. В момент восстановления атом испускает вспышку ультрафиолетового света (своеобразный сигнал, по которому астрономы находят далекие галактики). Благодаря расширению Вселенной этот свет смещается в видимый диапазон и становится одним из главных инструментов поиска.
Наблюдения последних десятилетий показали, что вокруг некоторых из них расположены огромные облака светящегося газа — так называемые Ly-α-гало и Ly-α-облака, размеры которых могут достигать десятков и даже сотен килопарсек. Предполагалось, что эти «космические амебы» связаны либо со вспышками звездообразования, либо с активными ядрами галактик, либо с потоками газа, падающего в темные гало. Правда, до сих пор изучали отдельные яркие объекты или небольшие выборки, из-за чего было неясно, насколько такие структуры вообще распространены.
Международная группа астрономов под руководством Эрин Ментуч Купер (Erin Mentuch Cooper) из Техасского университета в Остине (США) использовала данные проекта HETDEX — одного из крупнейших обзоров неба, наблюдающего галактики в эпоху космического полудня (примерно 10-11 миллиардов лет назад). Тогда скорость звездообразования во Вселенной была максимальной.
Телескоп систематически сканировал большие участки неба без предварительного выбора целей, что позволило собрать беспрецедентно большую статистику. В общей сложности ученые проанализировали 70 тысяч галактик с излучением Ly-α, построив для каждой карту распределения света. Подход позволил проверить, ограничивается ли излучение компактным источником или распространяется далеко за пределы галактики.
Чтобы отделить настоящие протяженные структуры от эффектов атмосферного размытия, астрономы применили модель из двух компонентов: яркого центрального источника и слабого экспоненциального «ореола». Если добавление второго статистического компонента улучшало описание наблюдений, объект считался окруженным протяженной туманностью. Таким образом, авторы научной работы, представленной в The Astrophysical Journal, провели первое по-настоящему массовое измерение размеров и свойств этих облаков.
Результаты показали, что примерно 47,5 процента всех исследованных галактик имеют заметное протяженное излучение. Значит, гигантские водородные оболочки — не экзотика, а почти распространенное свойство галактик. По итогу ученые создали каталог из 33 тысяч обнаруженных туманностей.
При этом стандартные методы измерений систематически недооценивали яркость галактик примерно на 30 процентов. Дело в том, что значительная часть света распределена в слабом внешнем гало. Значит, предыдущие оценки энергии и газовых потоков во Вселенной могли быть занижены.
К тому же лишь 12 процентов таких туманностей связаны с активными сверхмассивными черными дырами, тогда как большинство возникает вокруг обычных звездообразующих галактик. Выходит, протяженный водородный газ — фундаментальная часть галактической среды, а не редкий побочный эффект активности ядра. Исследователи также предположили, что светящиеся облака формируются путем нескольких процессов: рассеянием фотонов, излучением самого газа и охлаждением вещества, падающего вдоль нитей космической паутины.
Главный вывод работы — объединение двух ранее считавшихся разными классов объектов: компактных гало и гигантских облаков. Теперь их рассматривают как части единого спектра явлений, отражающих взаимодействие галактик с окружающим межгалактическим газом.
Созданный каталог объектов станет базой для будущих исследований того, как галактики получают топливо для рождения звезд и как формировалась крупномасштабная структура Вселенной.
Автор: Любовь Соколова