Gas infalling ditemukan, galaksi pembentuk bintang kemungkinan merupakan sumber energi utama radiasi Lyman-alpha yang dipancarkan dari gumpalan gas hidrogen raksasa – Sains Terkini

Miliaran tahun cahaya jauhnya, awan raksasa gas hidrogen menghasilkan jenis radiasi khusus, sejenis sinar ultraviolet yang dikenal sebagai emisi Lyman-alpha. Awan besar yang memancarkan cahaya adalah gumpalan Lyman-alpha (LABs). LAB beberapa kali lebih besar dari galaksi Bima Sakti kita, namun baru ditemukan 20 tahun lalu. Sumber energi yang sangat kuat diperlukan untuk menghasilkan radiasi ini – pikirkan output energi yang setara dengan miliaran matahari kita – tetapi para ilmuwan memperdebatkan apa sumber energi itu.

Sebuah studi baru yang diterbitkan pada 9 Maret di Astronomi Alam memberikan bukti bahwa sumber energi berada di pusat galaksi pembentuk bintang, di sekitar LAB itu ada.

Studi ini berfokus pada gumpalan Lyman-alpha 6 (LAB-6) yang terletak lebih dari 18 miliar tahun cahaya ke arah konstelasi Grus. Tim kolaboratif menemukan fitur unik LAB-6 – gas hidrogennya tampak jatuh ke dalam sendiri. LAB-6 adalah LAB pertama dengan bukti kuat dari tanda tangan gas yang disebut infalling ini. Gas yang mengalami infalling rendah dalam kelimpahan unsur-unsur logam, menunjukkan bahwa gas hidrogen LAB yang berasal dari media intergalaksi, bukan dari galaksi pembentuk bintang itu sendiri.

Jumlah gas yang jatuh terlalu rendah untuk menyalakan emisi Lyman-alpha yang diamati. Temuan ini memberikan bukti bahwa galaksi pembentuk bintang pusat adalah sumber energi utama yang bertanggung jawab atas emisi Lyman-alpha. Mereka juga mengajukan pertanyaan baru tentang struktur LAB.

"Ini memberi kita sebuah misteri. Kami berharap seharusnya ada gas di sekitar galaksi pembentuk bintang – mereka membutuhkan gas untuk bahan," kata Zheng Zheng, profesor fisika dan astronomi di University of Utah dan rekan penulis penelitian. . Zheng bergabung dengan upaya menganalisis data dan memimpin interpretasi teoretis dengan mahasiswa pascasarjana U Shiyu Nie. "Tapi ini sepertinya satu-satunya gumpalan Lyman-alpha dengan gas infalling. Mengapa ini sangat langka?"

Para penulis menggunakan Very Large Telescope (VLT) di European Southern Observatory (ESO) dan Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) untuk mendapatkan data. Penulis utama Yiping Ao dari Purple Mountain Observatory, Chinese Academy of Sciences pertama kali mengamati sistem LAB-6 lebih dari satu dekade lalu. Dia tahu ada sesuatu yang istimewa tentang sistem itu, berdasarkan ukuran ekstrim dari gumpalan gas hidrogennya. Dia melompat pada kesempatan untuk melihat lebih dekat.

"Untungnya, kami dapat memperoleh data yang diperlukan untuk menangkap riasan molekuler dari ALMA, menunjukkan kecepatan galaksi," katanya. "VLT teleskop optik dari ESO memberi kami profil cahaya spektral penting dari emisi Lyman-alpha."

Cahaya Hidrogen mengungkapkan rahasianya

Alam semesta dipenuhi dengan hidrogen. Elektron hidrogen mengorbit inti atom pada tingkat energi yang berbeda. Ketika atom hidrogen netral diledakkan dengan energi, elektron dapat didorong ke orbit yang lebih besar dengan tingkat energi yang lebih tinggi. Kemudian elektron dapat melompat dari satu level orbit ke yang lain, yang menghasilkan foton. Ketika elektron bergerak ke orbit paling dalam dari orbit yang berbatasan langsung, ia memancarkan foton dengan panjang gelombang tertentu dalam spektrum ultraviolet, yang disebut emisi Lyman-alpha. Sumber energi yang kuat diperlukan untuk memberi energi hidrogen cukup untuk menghasilkan emisi Lyman-alpha.

Para penulis menemukan fitur gas infalling dengan menganalisis kinematika emisi Lyman-alpha. Setelah foton Lyman-alpha dipancarkan, ia bertemu dengan lingkungan yang dipenuhi dengan atom hidrogen. Itu menabrak atom ini berkali-kali, seperti bola yang bergerak di mesin pinball, sebelum melarikan diri dari lingkungan. Keluaran ini membuat emisi memanjang ke luar pada jarak yang sangat jauh.

Semua ini memantul tidak hanya mengubah arah gelombang cahaya, tetapi juga frekuensinya, karena gerakan gas menyebabkan efek Doppler. Saat gas keluar, emisi Lyman-alpha bergeser ke panjang gelombang yang lebih panjang dan lebih merah. Sebaliknya terjadi ketika gas mengalir – panjang gelombang emisi Lyman-alpha tampaknya semakin pendek, menggesernya menjadi spektrum yang lebih biru.

Penulis makalah ini menggunakan pengamatan ALMA untuk menemukan panjang gelombang yang diharapkan dari emisi Lyman-alpha dari prospektif Bumi, jika tidak ada efek pantulan untuk foton Lyman-alpha. Dengan pengamatan VLT, mereka menemukan bahwa emisi Lyman-alpha dari gumpalan ini berubah menjadi gelombang yang lebih panjang, menyiratkan aliran gas masuk. Mereka menggunakan model untuk menganalisis data spektrum dan mempelajari kinematika gas hidrogen.

Gas yang jatuh mempersempit asal radiasi Lyman-alpha

BAL dikaitkan dengan galaksi raksasa yang membentuk bintang dengan laju ratusan hingga ribuan massa matahari per tahun. Halo lingkaran raksasa dari emisi Lyman-alpha mengelilingi galaksi-galaksi ini, membentuk gas Lyman-alpha yang menghancurkan ratusan ribu tahun cahaya dengan daya yang setara dengan sekitar 10 miliar matahari. Gerakan di dalam gumpalan gas dapat memberi tahu Anda sesuatu tentang keadaan galaksi.

Infalling gas dapat berasal dari beberapa cara berbeda. Ini bisa menjadi tahap kedua dari air mancur galaksi – jika bintang besar mati, mereka meledak dan mendorong gas ke luar, yang kemudian jatuh ke dalam. Pilihan lain adalah aliran dingin – ada filamen hidrogen yang melayang di antara benda-benda langit yang dapat ditarik ke pusat sumur potensial, menciptakan fitur gas yang jatuh.

Model penulis menunjukkan bahwa gas yang masuk dalam LAB ini berasal dari skenario yang terakhir. Mereka menganalisis bentuk profil cahaya Lyman-alpha, yang menunjukkan sangat sedikit debu logam. Dalam astronomi, logam lebih berat dari helium. Bintang menghasilkan semua elemen berat di alam semesta – ketika mereka meledak, mereka menghasilkan elemen logam dan menyebar ke seluruh ruang intergalaksi.

"Jika gas itu berasal dari galaksi ini, Anda harus melihat lebih banyak logam. Tapi yang ini, tidak ada banyak logam," kata Zheng. "Indikasinya adalah bahwa gas itu tidak terkontaminasi dengan unsur-unsur dari formasi bintang ini."

Selain itu, model mereka menunjukkan bahwa gas di sekitarnya hanya menghasilkan tenaga energi yang setara dengan dua massa matahari per tahun, terlalu rendah untuk jumlah emisi Lyman-alpha yang diamati.

Temuan ini memberikan bukti kuat bahwa galaksi pembentuk bintang adalah kontributor utama emisi Lyman-alpha, sementara gas yang hilang berperan untuk membentuk profil spektralnya. Namun, itu tidak sepenuhnya menjawab pertanyaan.

"Mungkin masih ada kemungkinan lain," kata Ao. "Jika galaksi memiliki lubang hitam super masif di tengahnya, ia dapat memancarkan foton energetik yang dapat melakukan perjalanan cukup jauh untuk menghasilkan emisi."

Dalam studi masa depan, penulis ingin memisahkan dinamika gas yang rumit untuk mencari tahu mengapa gas infalling jarang terjadi pada LAB. Gas yang masuk dapat bergantung pada orientasi sistem, misalnya. Mereka juga ingin membangun model yang lebih realistis untuk memahami pergerakan foton emisi alfa Lyman ketika mereka menabrak atom.

Yiping Ao juga berafiliasi dengan Universitas Sains dan Teknologi Cina. Penulis kontribusi lainnya termasuk: Shiyu Nie dari University of Utah; Christian Henkel dari MPIfR dan Universitas King Abdulaziz; Alexandre Beelen dari Institut d 'Astrophysique Spatiale, Renyue Cen dari Universitas Princeton; Mark Dijkstra dari Universitas Oslo; Paul J. Francis dari The Australian National University; James E. Geach dari University of Hertfordshire; Kotaro Kohno dari The University of Tokyo; Matius D. Lehnert dari Sorbonne Université; Karl M. Menten dan Axel Weiss dari MPIfR; dan Junzhi Wang dari Observatorium Astronomi Shanghai.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.