Направили телескоп Кека в обсерватории Мауна-Кеа на Гавайях на то, что выглядело как пустое пространство, надеясь обнаружить скрытый газ, который окутывает все галактики во Вселенной. В диспетчерской раздались радостные возгласы , когда мы поняли, что наша ставка окупилась.

В исследовании, опубликованном сегодня в Nature Astronomy, мы представляем первую подробную картину газовой оболочки вокруг галактики, простирающейся на 100 000 световых лет в «пустое» пространство. Если у нашего Млечного Пути есть похожее гало, оно, вероятно, уже взаимодействует с гало нашего ближайшего галактического соседа, Андромеды.

Большая часть Вселенной — это не яркие звезды.

Большая часть материи во Вселенной не находится в ярких звездах , которые составляют впечатляющие изображения галактик, которые мы видим. Во-первых, галактики окружены темной материей — которая, по мнению астрономов, является некой экзотической невидимой частицей.

Но даже большая часть обычной материи находится не в звездах, а в гигантских облаках газа, окружающих галактики.

Мы полагаем, что эти гало вокруг галактик содержат до 70–90% обычного вещества Вселенной (в основном состоящего из водорода, гелия, углерода, азота и кислорода).

Понимание этого рассеянного газа , из которого произошли все видимые нами звезды и планеты, помогает нам лучше понять нашу собственную историю в самых масштабных масштабах.

Однако этот ореол газа распространяется на огромные области пространства, что делает его чрезвычайно тусклым. Фактически, он в 10 000–100 000 раз тусклее, чем яркие части галактик.

Мы знаем об этих газовых гало с 1950-х годов, когда астрономы обнаружили, что они поглощают определенные частоты проходящего через них света.

Однако эти измерения сводят гигантские области пространства, простирающиеся на сотни тысяч световых лет, к одной точке , поэтому мы очень мало знали о точном размере и форме гало или о том, как газ течет между ними и их родительскими галактиками.

Как увидеть галактическое гало

Долгое время считалось, что невозможно запечатлеть изображение гало. Однако это изменилось с развитием нового типа спектрографа — устройства для просмотра спектра различных длин волн света на изображении — называемого «резчиком изображений ».

Слайсер изображений позволяет нам получать спектроскопические изображения областей ночного неба на гораздо более слабых уровнях, чем инструменты предыдущего поколения.

Команда под руководством Криса Мартина из Калтеха (одного из наших соавторов по этому проекту) построила сверхслабый спектрограф под названием Keck Cosmic Web Imager и установила его на телескопе Keck. Keck — один из крупнейших оптических телескопов в мире, а его расположение на вершине вулкана Мауна-Кеа на Гавайях — одно из лучших астрономических мест в мире.

Благодаря новому устройству мы можем видеть в небе очень слабые объекты.

Мы использовали этот инструмент, чтобы всю ночь смотреть на, казалось бы, пустое пространство вокруг галактики. За этим последовала интенсивная работа по анализу данных, поскольку мы работали на пределе возможностей телескопа.

Заслуга здесь принадлежит Никки Нильсен, ныне профессору Университета Оклахомы, которая руководила анализом данных и написанием статьи, когда работала в нашей команде в Университете Суинберна. К нашему восторгу, риск окупился и вернул данные, которые позволили нам создать изображение гало газа вокруг одной галактики.

Как выглядит газовая пелена вокруг галактик?

Наша команда сделала снимки свечения водорода и кислорода в области, которая в десять раз больше того, что обычно называют «галактикой».

Это было волнительно! Во-первых, потому что это подтвердило идею о том, что большая часть обычной материи Вселенной находится в этих диффузных гало газа.

Мы также обнаружили, что галактика не плавно «затухает» в окружающем ее гало. Наблюдается резкий переход от одного к другому.

В прошлом вокруг природы этого перехода было много споров. В наших данных легко увидеть резкое изменение вблизи края, где находится подавляющее большинство звезд.

Почему мы вообще можем видеть гало?

До сих пор остается загадкой, почему мы вообще можем видеть этот газ. Он светится, но мы не знаем почему.

Мы часто видим свечение водородного газа внутри галактики, но там мы знаем, что он светится, потому что он нагрет сильным излучением соседних звезд. Однако за пределами галактики нет достаточного количества близких звезд, чтобы нагреть газ достаточно, чтобы объяснить свечение, которое мы видим.

Одна из возможностей заключается в том, что гало состоит из потоков газа, движущихся в разных направлениях. Когда потоки сталкиваются на высокой скорости, удар заставляет их светиться.

Другая возможность заключается в том, что некоторые очень тяжелые звезды и определенные черные дыры (оба находятся внутри галактик) производят очень большое количество ультрафиолетового света. Часть этого света может выходить за пределы галактики и может обеспечивать своего рода фоновое ультрафиолетовое освещение для космоса.

В сочетании с быстро движущимися потоками газа ультрафиолетовый фон может быть достаточным для создания свечения, которое мы наблюдаем, но для точного ответа потребуются дополнительные наблюдения.