Los científicos han utilizado Suprime-Cam en el Telescopio Subaru para crear el mapa más extenso del gas hidrógeno neutro en el universo temprano. Esta nube aparece ampliamente distribuida a lo largo de 160 millones de años luz en y alrededor de una estructura llamada proto-supercluster. Es la estructura más grande en el universo distante, y existió hace unos 11.500 millones de años. Una nube de gas tan enorme es extremadamente valiosa para estudiar la formación de estructuras a gran escala y la evolución de las galaxias a partir del gas en el universo temprano, y amerita una mayor investigación. El equipo incluyó científicos de la Universidad de Osaka Sangyo, la Universidad de Tohoku, la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) y otros.
"Estamos sorprendidos porque la estructura de gas denso se extiende mucho más de lo esperado en el proto-supercluster", dijo el Dr. Mawatari. "Se necesitan observaciones de campo más amplias con filtros de banda estrecha para captar la imagen completa de esta estructura más grande en el universo joven. Este es exactamente el tipo de investigación sólida que se puede hacer con Hyper Suprime-Cam (HSC) recientemente montado en el Telescopio Subaru. Tenemos la intención de estudiar la relación gas-galaxia en varios proto-superclusters utilizando el HSC ".
Comprender la distribución de la materia en el universo
Las estrellas se ensamblaron para formar galaxias y las galaxias se agrupan para formar estructuras más grandes, como cúmulos o supercúmulos. La materia en el universo actual está estructurada de manera jerárquica en escalas de ~ 100 millones de años luz. Sin embargo, no podemos observar una estructura no homogénea en ninguna dirección o distancia sobre escalas más grandes que eso. Una cuestión importante en la astronomía moderna es aclarar cuán perfectamente se mantiene la uniformidad y la homogeneidad a gran escala en la distribución de la materia. Además, los investigadores buscan investigar las propiedades de las semillas de las estructuras a gran escala (es decir, las fluctuaciones de la materia inicial) que existían al comienzo del universo. Por lo tanto, es importante observar estructuras enormes en varias épocas (lo que se traduce en distancias). El estudio de la materia gaseosa y de las galaxias es necesario para una comprensión precisa y completa. Esto se debe a que se sabe que los supercúmulos locales son ricos en gas. Además, está claro que hay muchas galaxias recién nacidas en grupos antiguos (o distantes). Una comparación detallada entre las distribuciones espaciales de las galaxias y el gas durante las primeras épocas del universo es muy importante para comprender el proceso de formación de galaxias a partir de los grupos de gas tenues (que emiten poca luz) en el universo temprano.
Los astrónomos aprovechan el hecho de que la luz de los objetos distantes brillantes se atenúa con el gas de primer plano (lo que da un efecto como una "imagen de sombra") con el fin de investigar las nubes de gas tempranas y tenues. Como el hidrógeno neutro en la nube de gas absorbe y atenúa la luz de los objetos de fondo a una cierta longitud de onda, podemos ver la característica de absorción característica en el espectro del objeto de fondo. En muchas observaciones anteriores, los investigadores usaron cuásares (que son muy brillantes y distantes) como fuentes de luz de fondo. Debido a que los cuásares brillantes son muy raros, las oportunidades para tales observaciones son limitadas. Esto permite a los astrónomos obtener información sobre el gas que se encuentra solo a lo largo de la línea de visión entre un solo QSO y la Tierra en un área amplia de levantamiento. Desde hace tiempo, el objetivo es obtener información de gas "multidimensional" (por ejemplo, resolver espacialmente las nubes de gas) en lugar de la vista "unidimensional" actualmente disponible. Esto requiere un nuevo enfoque.
Expandiendo la vista
Para ampliar su visión de estos objetos en el universo temprano, el Dr. Ken Mawatari de la Universidad de Osaka Sangyo y sus colegas desarrollaron recientemente un esquema para analizar la distribución espacial del gas hidrógeno neutro utilizando datos de imágenes de galaxias de la época distante. Hay dos ventajas principales en este enfoque. En primer lugar, en lugar de raros cuásares, el equipo utiliza numerosas galaxias normales como fuentes de luz de fondo para investigar la distribución de gas en varios lugares del área de búsqueda. En segundo lugar, utilizan datos de imágenes tomadas con el filtro de banda estrecha en Suprime-cam. Se ajusta para que la luz con ciertas longitudes de onda pueda transmitirse, para capturar evidencia de absorción por el gas de hidrógeno neutro (el efecto de imagen de sombra). Comparado con el esquema tradicional de observaciones basado en la espectroscopía de cuásares,
Los científicos aplicaron su esquema a los datos de imágenes Suprime-Cam del Telescopio Subaru tomadas en su gran estudio previo de galaxias. Los campos investigados en este trabajo incluyen el campo SSA22, un antecesor de un supercúmulo de galaxias (proto-supercluster), donde las galaxias jóvenes se forman activamente, en el universo hace 11.500 millones de años en el universo primitivo.
Imágenes esquemáticas de un esquema de análisis del trabajo anterior (izquierda) y un nuevo método (derecha). En el enfoque anterior, básicamente se puede usar una única fuente de luz de fondo (quasar) en un área buscada. Por otro lado, con el nuevo esquema, es más fácil resolver espacialmente la densidad neutra de gas hidrógeno al usar muchas galaxias normales en un área buscada como fuentes de luz de fondo. En el nuevo esquema, la fuerza de absorción por el gas de hidrógeno neutro se estima midiendo cuánto flujo de las galaxias de fondo se atenúa en la imagen de banda estrecha, no mediante el uso del espectro. Al combinar este esquema con la capacidad de imagen de área amplia del Telescopio Subaru, Mawatari, et al. hizo el mapa más extenso del gas de hidrógeno neutro jamás creado.
Nuevos mapas de distribución de hidrógeno neutro
El trabajo de los científicos dio como resultado mapas de área muy amplia del gas hidrógeno neutro en los tres campos estudiados. Parece que la absorción de gas de hidrógeno neutro es significativamente fuerte en todo el campo proto-supercluster SSA22 en comparación con aquellos en los campos normales (SXDS y GOODS-N). Está claramente confirmado que el entorno del proto-supercluster es rico en hidrógeno gaseoso neutro, que es el principal elemento constitutivo de las galaxias.
Distribución del cielo del gas hidrógeno neutro en los tres campos estudiados en este trabajo. Mientras que en los campos normales (SXDS y GOODS-N) la densidad de gas neutro de hidrógeno es consistente con la densidad promedio en todo el universo hace 11.500 millones de años, la densidad de gas neutro de hidrógeno es más alta que la media en todo el proto-supercluster SSA22 campo. Los contornos corresponden a la densidad numérica de las galaxias. Los contornos negrita, delgada y discontinua significan las regiones promedio, alta densidad y baja densidad, respectivamente.
El trabajo del equipo también reveló que la distribución de gas en la región del proto-supercluster no se alinea perfectamente con la distribución de las galaxias. Si bien el proto-supercluster es rico tanto en galaxias como en gas, no existe una dependencia a escala local de la cantidad de gas correlacionada con la densidad de las galaxias dentro del proto-supercluster. Este resultado puede significar que el gas de hidrógeno neutro no solo está asociado con las galaxias individuales sino que también se propaga difusamente a través del espacio intergaláctico solo dentro del proto-supercúmulo. Dado que el exceso de gas neutro de hidrógeno en el campo SSA22 se detecta en toda el área buscada, esta estructura de gas sobredensada se extiende en realidad más de 160 millones de años luz. En la visión tradicional de la formación de estructuras, Se cree que la fluctuación de la densidad de la materia es más pequeña y la estructura de alta densidad a gran escala era más rara en el universo temprano. El descubrimiento de que una estructura de gas que se extiende a través de más de 160 millones de años luz (que es más o menos lo mismo que los actuales superclusters en escala) ya existía en el universo hace 11.500 millones de años es un resultado sorprendente de este estudio.
Al investigar la distribución espacial del gas de hidrógeno neutro en un área muy grande, los científicos han proporcionado una nueva ventana sobre la relación entre el gas y las galaxias en el universo joven. La gran estructura de gas SSA22 revelada por este trabajo se considera un objeto clave para probar la teoría estándar de la formación de la estructura, por lo que se anticipa una mayor investigación.
Estudio: imágenes de la estructura de absorción HI difusa en la región del proto-cluster SSA22 en z = 3.1
Fuente: Observatorio Astronómico Nacional de Japón
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