Aşırı soğutma eyleminde yakalanan Phoenix Galaxy kümesi

Büyük bir galaksiler kümesinin çekirdeği, olması gerekenden çok daha fazla yıldız pompalıyor gibi görünüyor. Şimdi MIT ve başka yerlerdeki araştırmacılar, küme içinde çekirdeğin üretken yıldız patlamasını açıklayan önemli bir bileşen keşfettiler.

Yeni bir çalışmada yayınlanmış içinde Doğa, Bilim adamları, Phoenix kümesini gözlemlemek için NASA’nın James Webb Uzay Teleskopu’nu (JWST) kullandığını bildiriyor – Dünya’dan yaklaşık 5.8 milyar ışık yılı olan merkezi bir galaksiyi daire içine alan yerçekimi olarak bağlı galaksilerin geniş bir koleksiyonu.

Küme, bilim adamlarının şimdiye kadar gözlemlediği türünün en büyüğüdür. Büyüklüğü ve tahmini yaşı için Phoenix, gökbilimcilerin “kırmızı ve ölü” dediği şey olmalı – genç galaksilerin karakteristiği olan herhangi bir yıldız oluşumu ile uzun sürer.

Ancak gökbilimciler daha önce Phoenix kümesinin çekirdeğinin şaşırtıcı derecede parlak göründüğünü ve merkezi galaksinin yıldızları son derece güçlü bir oranda çalkaladığını keşfettiler. Gözlemler bir gizemi yükseltti: Phoenix böyle hızlı yıldız oluşumunu nasıl körükledi?

Genç galaksilerde, yıldız dövme için “yakıt”, son derece soğuk ve yoğun yıldızlararası gaz bulutları biçimindedir. Çok daha eski Phoenix kümesi için, merkezi galaksinin yıldız üretimini açıklamak için gerekli olan aşırı gaz soğutmasına veya soğuk gazın diğer genç galaksilerden göç edip edemeyeceği belirsizdi.

Şimdi, MIT ekibi, JWST’nin geniş kapsamlı, kızılötesi ölçüm yeteneklerini kullanarak kümenin çekirdeğine daha net bir görünüm kazandı. İlk kez, “sıcak” gaz ceplerinin olduğu çekirdek içindeki bölgeleri haritalayabildiler. Gökbilimciler daha önce hem çok sıcak gaz hem de çok soğuk gaz ipuçları gördüler, ancak aralarında hiçbir şey yoktu.

Sıcak gazın tespiti, Phoenix kümesinin aktif olarak soğuduğunu ve kendi başına büyük miktarda yıldız yakıt üretebildiğini doğrular.

MIT’s’de bir fizik lisansüstü öğrencisi Michael Reefe, “İlk kez, herhangi bir galakside gerçekten hiç gözlemlenmemiş olan yıldız oluşumunda sıcaktan soğuktan soğuk aşamanın tam bir resmine sahibiz” diyor. Kavli Astrofizik ve Uzay Araştırmaları Enstitüsü. “Her yerde görebileceğimiz bu ara gazın bir halesi var.”

“Şimdi soru, neden bu sistem?” MIT’de Fizik Doçenti ortak yazar Michael McDonald ekledi.

“Bu büyük yıldız patlaması, her kümenin bir noktada yaşadığı bir şey olabilir, ancak bunun sadece bir kümede olduğunu görüyoruz. Diğer olasılık, bu sistem hakkında farklı bir şey olması ve Phoenix’in diğer sistemlerin bir yoldan geçmesidir. Gitme. “Keşfetmek ilginç olurdu.”

Sıcak ve soğuk

Phoenix kümesi ilk olarak 2010 yılında Antarktika’daki Güney Kutbu Teleskobu kullanan gökbilimciler tarafından tespit edildi. Küme yaklaşık 1000 galaksi içerir ve Phoenix takımyıldızında yer alır ve daha sonra adlandırılır.

İki yıl sonra McDonald, birden fazla teleskop kullanarak Phoenix’e odaklanmak için bir çaba gösterdi ve kümenin merkezi galaksisinin son derece parlak olduğunu keşfetti. Beklenmedik parlaklık, yıldız oluşumunun ateşhozundan kaynaklanıyordu. O ve meslektaşları, bu merkezi galaksinin yılda yaklaşık 1.000 şaşırtıcı bir oranda yıldızları ortaya çıkardığını tahmin ediyorlar.

McDonald, “Phoenix’ten önce, evrendeki en yıldız oluşturan Galaxy kümesinin yılda yaklaşık 100 yıldızı vardı ve bu bile bir aykırı oldu. Tipik sayı bir ish.” Diyor. “Phoenix gerçekten nüfusun geri kalanından dengeleniyor.”

Bu keşiften bu yana, bilim adamları anormal derecede yüksek yıldız üretimini açıklamak için zaman zaman kümeyi kontrol ettiler. Hem ultrahot gaz, yaklaşık 1 milyon Fahrenheit ve son derece soğuk gaz bölgeleri, 10 Kelvin veya mutlak sıfırdan 10 derece üzerinde cepleri gözlemlediler.

Çok sıcak gazın varlığı sürpriz değildir: Çekirdeklerinde, galaksinin gazını ve tozunu bir galaksinin ömrü boyunca sürekli olarak ısıtabilen son derece enerjik parçacıkların jetlerini yayan genç ve yaşlı, kara deliklere ev sahipliği yapar. Sadece bir galaksinin erken aşamalarında, bu milyon derecelik gazın bir kısmı, daha sonra yıldız oluşturabilen ultra kollu sıcaklıklara önemli ölçüde serinliyor. Aşırı soğutma aşamasını çok geçmesi gereken Phoenix kümesinin merkezi galaksisi için, ultracold gazın varlığı bir bulmaca sundu.

“Soru: Bu soğuk gaz nereden geldi?” McDonald diyor.

“Sıcak gazın serinleyeceği bir şey değil, çünkü kara delik veya süpernova geri bildirimi olabilir. Yani, birkaç uygulanabilir seçenek var, en basit olan bu soğuk gazın diğer yakındaki galaksilerden merkeze fırlatılması. Bu gazın bir şekilde çekirdekteki sıcak gazdan doğrudan soğuyor olması. “

Neon işaretleri

Yeni çalışmaları için araştırmacılar önemli bir varsayım altında çalıştı: Phoenix kümesinin soğuk algınlığı, yıldız oluşturan gaz, çevredeki galaksilerden ziyade merkezi galaksinin içinden geliyor, merkezi galaksinin sadece sıcak ve soğuk cepleri olmamalı Gaz, aynı zamanda “sıcak” aradaki bir fazda olan gaz.

Bu tür ara gazın tespit edilmesi, aşırı soğutmanın ortasında gazı yakalamak gibi, kümenin çekirdeğinin gerçekten soğuk yıldız yakıtın kaynağı olduğunun kanıtı olarak hizmet eder.

Bu akıl yürütmenin ardından ekip, Phoenix çekirdeğindeki herhangi bir ılık gazı tespit etmeye çalıştı. 10 Kelvin ve 1 milyon Kelvin arasında bir yer olan gaz aradılar. Bu Goldilocks gazını 5.8 milyar ışık yılı uzaklıktaki bir sistemde aramak için, araştırmacılar JWST’ye baktılar, bu da bugüne kadar herhangi bir gözlemevinden daha fazla ve daha açık bir şekilde gözlemleyebilen JWST’ye baktılar.

Ekip, bilim adamlarının kızılötesi spektrumundaki ışığı haritalamasını sağlayan JWST’nin orta kızılötesi enstrümanında (MIRI) orta çözünürlüklü spektrometreyi kullandı. 2023 yılının Temmuz ayında ekip, enstrümanı Phoenix Core’a odakladı ve 12 saatlik kızılötesi görüntü topladı.

Gaz – özellikle neon gaz – belirli bir iyon kaybının altına girdiğinde yayılan belirli bir dalga boyu aradılar. Bu geçiş yaklaşık 300.000 Kelvin veya 540.000 derece Fahrenheit’te gerçekleşir – araştırmacıların tespit ve harita için aradıkları “sıcak” aralık içinde olan bir sıcaklık.

Ekip görüntüleri analiz etti ve merkezi galaksi içinde ılık gazın gözlemlendiği yerleri haritaladı.

Reefe, “Bu 300.000 derecelik gaz, belirli bir ışık dalga boyunda parlayan bir neon işareti gibidir ve tüm görüş alanımız boyunca kümelerini ve filamentlerini görebiliyoruz.” “Her yerde görebiliyordun.”

Çekirdekteki ılık gazın derecesine dayanarak, ekip merkezi galaksinin büyük ölçüde aşırı soğutma geçirdiğini ve her yıl yaklaşık 20.000 güneş kütlesine eşit miktarda ultracol gaz ürettiğini tahmin ediyor. Bu tür yıldız yakıt tedarikiyle ekip, merkezi galaksinin çevredeki galaksilerden yakıt kullanmak yerine gerçekten kendi yıldız patlamasını üretmesinin muhtemel olduğunu söylüyor.

McDonald, “Sanırım tüm bu yıldızları neyin ürettiği açısından neler olduğunu tam olarak anlıyoruz.” Diyor. “Nedenini anlamıyoruz. Ama bu yeni çalışma bu sistemleri gözlemlemek ve onları daha iyi anlamak için yeni bir yol açtı.”

Bu hikaye MIT News’in izniyle yayınlandı (Web.mit.edu/newsoffice/), MIT araştırması, yenilik ve öğretim hakkındaki haberleri kapsayan popüler bir site.