Компьютерное моделирование пузырька Lyman-alpha blob 1. Фото: НАСА
20 лет назад ученые впервые обнаружили гигантские облака газообразного водорода, которые порождают особый тип ультрафиолетового света, известный как альфа-излучение Лаймана. Эти огромные облака были названы альфа-пузырьками Лимана (LAB) и находились в миллиардах световых лет от нас. Несмотря на то, что по размерам они были больше, чем наша галактика Млечный Путь, открыты они были всего лишь 20 лет назад. При этом порождаемое ими излучение настолько мощное, что превышает энергию Солнца в миллиарды раз, однако астрономы до сих пор не знают, что же является источником такой мощности.
Согласно новому исследованию, которые было опубликовано в журнале Nature Astronomy, источником энергии LAB являются активные ядра звездообразующих галактик.
Для того, чтобы это доказать, астрономы внимательно изучили Lyman-alpha blob 6 (LAB-6), которое удалено от Земли на расстояние более 18 миллиардов световых лет в направлении созвездия Журавль. Отличительной особенностью этого LAB являлось падение водорода из межгалактической среды внутрь пузырька.
Ученые воспользовались Очень Большим Телескопом (VLT) в Европейской Южной Обсерватории (ESO) и Большим миллиметровым / Субмиллиметровым массивом Атакама (ALMA) для получение более детальных данных и обнаружили, что количества газа которое падает внутрь пузыря недостаточно для порождения столь мощного излучения. Следовательно, единственной силой способной это сделать является ядро звездообразующей галактики, которую окутывает LAB-6.
Водородный свет раскрывает свой секрет
Трехцветное изображение области вокруг Lyman-alpha blob 6 (LAB-6). Зеленым цветом выделено излучение Lyman-alpha от LAB-6. Размер выделенного желтым квадратом участка не превышает 3,26 миллиона световых лет. Большинство галактик на этом изображении расположены перед LAB-6. Фото: Yiping Ao/VLT/Hawk-I/Blanco
Все мы знаем, что вся водород - самый распространенный элемент во Вселенной и что водород состоит из одного атома протона и электрона. Электрон водорода вращается вокруг ядра атома на разных энергетических уровнях. В случаях сильного воздействия электрон может перепрыгнуть с одного энергетического уровня на другой, образовав фотон. Когда электрон движется к самой внутренней своей орбите, он испускает фотон с определенной длиной волны в ультрафиолетовом спектре, который называется излучением Лаймана-альфа. Но для того, чтобы породить излучение Лаймана-альфа, необходим очень мощный источник энергии.
После того, как фотон покидает атом, он сталкивается с окружающей средой, которая также заполнена атомами водорода и начинает сталкиваться с ними как при игре в пинбол, пока не вырвется наружу. При этом изменится не только направление фотона, но и его частота благодаря эффекту Доплера. Таким образом, при выходе газа альфа-излучение Лаймана должно сместиться в более длинную красную волну.
Проанализировав длину волны с помощью VLT, астрономы обнаружили, что альфа-излучение Лаймана действительно смещается в более длинную волну, что подразумевает приток газа.
Падающий газ может возникать несколькими различными способами. Один из способов заключается в том, что когда умирает гигантская звезда, она сбрасывает свои внешние слои в межзвездное пространство. После этого, притянутый галактической гравитацией, газ падает обратно внутрь. Согласно другому варианту между галактиками существует водородные нити, которые могут быть также поглощены ей же.
Согласно результатам исследований, астрономы все больше склоняются ко второму варианту. Дело в том, что металл образуется в недрах звезд, и когда звезда взрывается, она выбрасывает этот металл в окружающее пространство. Обнаруженный же газ, который падает внутрь LAB-6 имеет низкую металличность, и скорее всего, пришел из межгалактической среды.
Кроме того, их модель показывает, что газа самой галактики просто не хватит для количества наблюдаемого излучения альфа-Лаймана.
Полученные данные являются убедительным доказательством того, что звездообразующая галактика является основным источником излучения Лайман-альфа.