Vodíková vlákna jsou dlouhá 3900 světelných let

Zhruba před 13,8 miliardami let se náš vesmír zrodil při gigantické explozi, která dala vzniknout prvním subatomárním částicím a fyzikálním zákonům, jak je známe. Po asi 370 000 letech se vytvořil vodík, základní stavební kámen hvězd, které ve svém nitru spojují vodík a helium a tvoří všechny těžší prvky. Zatímco vodík zůstává nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru, jednotlivá mračna plynného vodíku může být obtížné detekovat v mezihvězdném médiu (ISM).

To ztěžuje výzkum raných fází vzniku hvězd, které by poskytly vodítka o vývoji galaxií a vesmíru. Mezinárodní tým vedený astronomy z Institut Maxe Plancka pro astronomii (MPIA) nedávno zaznamenala přítomnost obrovských vláken atomárního vodíku v naší galaxii. Tato struktura zvaná „Maggie“ se nachází asi 55 000 světelných let daleko (na druhé straně mléčná dráha) a je jednou z nejvyšších struktur, jaké kdy byly v naší galaxii pozorovány.

Studie popisující jejich zjištění se nedávno objevila v časopise Astronomie a astrofyzikaA Pod vedením Jonase Seida, Ph.D. Student na MPIA. Připojili se k němu vědci z vídeňské univerzity Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Institut Maxe Plancka pro radioastronomii (MPIFR), University of Calgary, University of Heidelberg, Centrum astrofyziky a planetárních věd, Argelander- Ústav astronomieIndický institut vědy a NASALaboratoř proudového pohonu (JPL)Laboratoř proudového pohonu).

Výzkum je založen na získaných datech HI/OH/Recombination Line Survey of the Milky Way (THOR), monitorovací software založený na Extra velká sbírka Karla G. Jánského (VLA) v Novém Mexiku. Pomocí radiových antén VLA s centimetrovou vlnou tento projekt studuje tvorbu molekulárních mračen, přeměnu atomů na molekulární vodík, magnetické pole galaxie a další otázky související s ISM a tvorbou hvězd.

Konečným cílem je určit, jak se dva nejběžnější izotopy vodíku sbíhají a vytvářejí hustá oblaka, která vycházejí k novým hvězdám. Izotopy zahrnují atomový vodík (H), skládající se z jednoho protonu, jednoho elektronu a žádných neutronů, a molekulární vodík (H).₂) se skládá ze dvou atomů vodíku držených pohromadě kovalentní vazbou. Ty se pouze zkondenzují do relativně kompaktních mračen, ze kterých se vyvinou mrazivé oblasti, kde se nakonec objeví nové hvězdy.

Tento obrázek ukazuje část bočního pohledu na Mléčnou dráhu měřenou satelitem Gaia Evropské kosmické agentury. Tmavý pás se skládá z plynu a prachu, který uhasí světlo ze sloučených hvězd. Galaktický střed Mléčné dráhy je vyznačen napravo od snímku a jasně září pod tmavou oblastí. Pole vlevo od středu označuje umístění vláken „Maggie“. Ukazuje rozložení atomárního vodíku. Barvy označují různé rychlosti plynu. Kredit: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO & T. Müller/J. Syd/MPIA

Proces přechodu atomárního vodíku na molekulární je stále velkou neznámou, což z tohoto extrémně dlouhého vlákna udělalo obzvláště vzrušující objev. Zatímco největší známá oblaka molekulárního plynu jsou dlouhá asi 800 světelných let, Magi je dlouhá 3900 světelných let a široká 130 světelných let. Jak Syed vysvětlil v nedávném MPIA tisková zpráva:

„Toto vlákno přispělo k tomuto úspěchu. Ještě přesně nevíme, jak ses tam dostal. Řetězec se však rozprostírá asi 1600 světelných let pod rovinou Mléčné dráhy. Pozorování nám také umožnila určit rychlost plynného vodíku. To nám umožnilo ukázat, že rychlosti podél pojistky se téměř neliší.„

Analýza týmu ukázala, že materiál ve vláknu má průměrnou rychlost 54 km/s^-1, kterou primárně určili měřením proti rotaci disku Mléčné dráhy. To znamená, že záření má vlnovou délku 21 cm (aka „vodíková linkaBylo to vidět na kosmickém pozadí, díky čemuž byla struktura rozpoznatelná. „Pozorování nám také umožnila určit rychlost plynného vodíku,“ řekl Henrik Beuther, prezident THOR a spoluautor studie. „To nám umožnilo ukázat, že rychlosti podél vlákno se téměř neliší.”

Tento snímek ve falešných barvách ukazuje distribuci atomárního vodíku měřenou při vlnové délce 21 cm. Červená přerušovaná čára ukazuje „Maggie“ vede. kredit: c. Master / MPIA

Z toho vědci usoudili, že Maggi je koherentní struktura. Tyto výsledky potvrdily pozorování, která před rokem provedl Juan de Soler, astrofyzik z Vídeňské univerzity a spoluautor článku. Když si všiml vlákna, pojmenoval ji jako nejdelší řeku v jeho rodné Kolumbii: Río Magdalena (anglicky: Margaret, nebo „Maggie“). Zatímco Maggie mohla být identifikována v Solerově předchozím hodnocení dat THOR, pouze současná studie nade vší pochybnost prokázala, že jde o koherentní strukturu.

Na základě dříve publikovaných údajů tým také odhadl, že Maggi obsahuje 8 % molekulárního vodíku o zlomek hmotnosti. Při bližším zkoumání si tým všiml, že se plyn sbíhá v různých bodech podél vlákna, což je vedlo k závěru, že plynný vodík se v těchto místech hromadí ve velkých oblacích. Také předpověděli, že atomový plyn bude v těchto prostředích postupně kondenzovat do molekulární formy.

„Mnoho otázek však zůstává nezodpovězeno,“ dodal Syed. „Dodatečná data, o kterých doufáme, že nám poskytnou více vodítek o frakci molekulárního plynu, již čekají na analýzu.“ Naštěstí bude brzy v provozu několik vesmírných a pozemních observatoří a teleskopů, které budou v budoucnu vybaveny ke studiu těchto vláken. Tyto zahrnují Vesmírný dalekohled Jamese Webba (JWST) a rozhlasové průzkumy jako např čtvereční kilometr pole (SKA), která nám umožní zobrazit nejranější období vesmíru („kosmický úsvit“) a první hvězdy v našem světě.

Původně odesláno v vesmír dnes.

Více informací o tomto výzkumu viz V Mléčné dráze byla objevena masivní vláknitá struktura – 3900 světelných let dlouhá.

Reference: „Maggie filaments“: Physical properties of a gigant atomic cloud“ od 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 a H. Linz, 20. prosince 2021, K dispozici zde. Astronomie a astrofyzika.
DOI: 10.1051 / 0004-6361 / 202141265