O núcleo de um enorme aglomerado de galáxias parece estar bombeando muito mais estrelas do que deveria. Agora, pesquisadores do MIT e de outros lugares descobriram um ingrediente -chave dentro do cluster que explica a prolífica explosão do núcleo.
Em um novo estudo publicado em Natureza, Os cientistas relatam o telescópio espacial James Webb (JWST) da NASA para observar o cluster de Phoenix – uma coleção ampla de galáxias gravitacionais ligadas que circundam uma galáxia massiva central a cerca de 5,8 bilhões de anos -luz da Terra. O cluster é o maior do gênero que até agora os cientistas observaram. Por seu tamanho e idade estimada, a fênix deve ser o que os astrônomos chamam de “vermelho e morto” – feito há muito tempo com qualquer formação de estrelas que seja característica das galáxias mais jovens.
Mas os astrônomos descobriram anteriormente que o núcleo do cluster de Phoenix parecia surpreendentemente brilhante, e a galáxia central parecia estar produzindo estrelas a um ritmo extremamente vigoroso. As observações levantaram um mistério: como a Phoenix estava alimentando uma formação tão rápida de estrelas?
Nas galáxias mais jovens, o “combustível” para forjar estrelas está na forma de nuvens extremamente frias e densas de gás interestelar. Para o cluster de Phoenix muito mais antigo, não ficou claro se a galáxia central poderia passar pelo resfriamento extremo do gás que seria necessário para explicar sua produção estelar ou se o gás frio migrou de outras galáxias mais jovens.
Agora, a equipe do MIT ganhou uma visão muito mais clara do núcleo do cluster, usando as capacidades de longo alcance e de medição infravermelha do JWST. Pela primeira vez, eles foram capazes de mapear regiões dentro do núcleo, onde há bolsões de gás “quente”. Os astrônomos já viram dicas de gás muito quente e gás muito frio, mas nada no meio.
A detecção de gás quente confirma que o cluster de Phoenix é ativamente resfriado e capaz de gerar uma enorme quantidade de combustível estelar por conta própria.
“Pela primeira vez, temos uma imagem completa da fase quente-a-fria na formação de estrelas, que realmente nunca foi observada em nenhuma galáxia”, diz o principal autor do estudo, Michael Reefe, um estudante de pós-graduação em física do MIT’s Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial. “Há uma auréola desse gás intermediário em todos os lugares que podemos ver”.
“A questão agora é: por que esse sistema?” Acrescenta o co-autor Michael McDonald, professor associado de física do MIT. “Essa enorme explosão de estrelas pode ser algo que todo cluster passa em algum momento, mas estamos vendo apenas acontecer atualmente em um cluster. A outra possibilidade é que há algo divergente nesse sistema, e a Phoenix seguiu um caminho que outros sistemas Não vá.
Quente e frio
O cluster de Phoenix foi visto pela primeira vez em 2010 por astrônomos usando o telescópio do pólo sul na Antártica. O cluster compreende cerca de 1.000 galáxias e está na constelação de Phoenix, após o que é nomeado. Dois anos depois, McDonald liderou um esforço para se concentrar em Phoenix usando vários telescópios e descobriu que a galáxia central do cluster period extremamente brilhante. A luminosidade inesperada foi devida a uma mangueira de fogo da formação de estrelas. Ele e seus colegas estimaram que essa galáxia central estava produzindo estrelas a uma taxa impressionante de cerca de 1.000 por ano.
“Antes do Phoenix, o cluster de galáxias mais formador do universo tinha cerca de 100 estrelas por ano, e até isso period um outlier. O número típico é um”, diz McDonald. “O Phoenix está realmente compensado do resto da população”.
Desde essa descoberta, os cientistas fizeram test -in no cluster de tempos em tempos para pistas para explicar a produção estelar anormalmente alta. Eles observaram bolsões de gás ultrahot, de cerca de 1 milhão de graus Fahrenheit e regiões de gás extremamente frio, de 10 kelvins, ou 10 graus acima de zero absoluto.
A presença de gás muito quente não é surpresa: as galáxias mais maciças, jovens e velhas, hospedam buracos negros em seus núcleos que emitem jatos de partículas extremamente enérgicas que podem aquecer continuamente o gás e a poeira da galáxia ao longo da vida útil da galáxia. Somente nos estágios iniciais de uma galáxia parte desse gás de um milhão de graus esfria dramaticamente a temperaturas ultracold que podem formar estrelas. Para a galáxia central do cluster de Phoenix, que deve estar bem além do estágio de resfriamento extremo, a presença de gás ultracold apresentou um quebra -cabeça.
“A pergunta foi: de onde veio esse gás frio?” McDonald diz. “Não é certo que o gás quente se refresque, porque pode haver um suggestions de buraco negro ou supernova. Portanto, existem algumas opções viáveis, o mais simples é que esse gás frio foi lançado no centro de outras galáxias próximas. O outro é que esse gás de alguma forma está esfriando diretamente do gás quente no núcleo “.
Sinais de néon
Para seu novo estudo, os pesquisadores trabalharam sob uma assunção-chave: se o gás de formação de estrelas e frio do cluster de Phoenix vier de dentro da galáxia central, e não das galáxias circundantes, a galáxia central deve ter não apenas bolsos de quentes e frios gás, mas também gás que está em uma fase “quente” intermediária. Detectar esse gás intermediário seria como pegar o gás no meio do resfriamento extremo, servindo como prova de que o núcleo do cluster period de fato a fonte do combustível estelar frio.
Após esse raciocínio, a equipe procurou detectar qualquer gás quente dentro do núcleo de Phoenix. Eles procuraram o gás que estava entre 10 kelvins e 1 milhão de kelvins. Para procurar esse gás dourado em um sistema de 5,8 bilhões de anos -luz de distância, os pesquisadores procuraram o JWST, capaz de observar mais e mais claramente do que qualquer observatório até o momento.
A equipe usou o espectrômetro de resolução média no instrumento de infravermelho médio da JWST (MIRI), que permite que os cientistas mapeem a luz no espectro infravermelho. Em julho de 2023, a equipe concentrou o instrumento no núcleo de Phoenix e coletou 12 horas de imagens infravermelhas. Eles procuraram um comprimento de onda específico que é emitido quando o gás – especificamente o gás neon – passa por uma certa perda de íons. Essa transição ocorre em cerca de 300.000 kelvins, ou 540.000 graus Fahrenheit – uma temperatura que está dentro da faixa “quente” que os pesquisadores procuraram detectar e mapear. A equipe analisou as imagens e mapeou os locais onde o gás quente foi observado dentro da galáxia central.
“Este gás de 300.000 graus é como um sinal de néon que está brilhando em um comprimento de onda específico da luz, e podemos ver grupos e filamentos dela em todo o nosso campo de visão”, diz Reefe. “Você podia ver isso em todos os lugares.”
Com base na extensão do gás quente no núcleo, a equipe estima que a galáxia central está passando por um enorme grau de resfriamento extremo e está gerando uma quantidade de gás ultracold a cada ano que é igual à massa de cerca de 20.000 sóis. Com esse tipo de suprimento estelar de combustível, a equipe diz que é muito provável que a galáxia central esteja realmente gerando sua própria explosão, em vez de usar combustível das galáxias vizinhas.
“Acho que entendemos completamente o que está acontecendo, em termos do que está gerando todas essas estrelas”, diz McDonald. “Não entendemos o porquê. Mas esse novo trabalho abriu uma nova maneira de observar esses sistemas e entendê -los melhor”.
Este trabalho foi financiado, em parte, pela NASA.
