Галактические границы: как газ помогает понимать размеры и эволюцию галактик

Если вы спросите большинство людей о составе галактики, они, скорее всего, ответят, что это звезды. Наша галактика, Млечный Путь, содержит от 100 до 300 миллиардов звезд, из которых мы можем видеть тысячи невооруженным глазом. Однако основная масса галактики состоит из газа, и его объем трудно измерить. Ученые нашли способ определить, насколько далеко этот газ простирается в космосе.

Фото: NASA by David Thilker, PDM

Один из ключевых вопросов астрономии касается размеров галактик. Например, Млечный Путь имеет поперечник около 87 000 световых лет, тогда как соседняя галактика Андромеда — около 152 000 световых лет. Но действительно ли эти измерения определяют размеры галактики?

Новое исследование, опубликованное в Nature Astronomy, дает ответ на этот вопрос. Ученые изучили газ за пределами звездного диска галактики. Исследование называется "Карта эмиссии перехода диска в окологалактическую среду в звездообразовании IRAS 08339+6517". Ведущий автор исследования, Николь Нильсен из Университета Суинберна и ASTRO 3D, а также доцент Университета Оклахомы, сообщает, что это исследование дало новые данные о размерах галактик.

Галактики окружены газообразными гало, называемыми окологалактической средой (CGM), которая играет важную роль в звездообразовании и взаимодействует с межгалактической средой (IGM). CGM составляет около 70% массы типичной галактики (без учета темной материи), но наблюдать ее сложно из-за ее диффузности. Обычно астрономы полагаются на яркие фоновые объекты, такие как далекие квазары или пульсары, чтобы изучить CGM, но этот метод ограничен и предоставляет только лучеобразное изображение.

В этом исследовании группа астрономов использовала Keck Cosmic Web Imager (KCWI) на 10-метровом телескопе Keck на Гавайях для наблюдения газа вокруг галактики IRAS 08339+6517. Вместо ограниченного лучеобразного взгляда они обнаружили облака газа, простирающиеся на 100 000 световых лет за пределы звездного диска.

Астрономы применили интегральную полевую спектроскопию для изучения холодного и ионизированного газа, что позволило им исследовать газ от центра галактики до 30 килопарсеков в ее окологалактическую среду. Это дало им эквивалент тысяч лучей квазаров вокруг одной галактики.

IRAS 08339+6517 — это галактика со вспышкой звездообразования, находящаяся на расстоянии около 56 килопарсеков от нас. Она обладает высоким темпом звездообразования, в 10 раз превышающим типичный уровень для ее массы. Исследование показало, что свойства водорода и кислорода в CGM изменяются по мере удаления от галактики, что указывает на взаимодействие с различными источниками энергии.

Нильсен и его коллеги обнаружили, что граница между галактической средой и окологалактической средой имеет четкие характеристики. Газ внутри галактики нагревается из-за звездообразования, тогда как за пределами он ионизируется ударными волнами или внегалактическим УФ-фоном.

Это открытие может существенно изменить понимание того, как газ входит и выходит из галактик, а также как он взаимодействует с соседними галактиками. Нильсен отмечает, что исследование показывает важность окружающей галактической среды для понимания эволюции галактик.

Уточнения

Гала́ктика (др.-греч. γᾰλαξίας "Млечный Путь" от др.-греч. γάλα, γάλακτος "молоко") — гравитационно связанная система из звёзд, звёздных скоплений, межзвёздного газа и пыли, тёмной материи, планет. Все объекты в составе галактики участвуют в движении относительно общего центра масс.