Los astrónomos han encontrado una enorme, mancha de gas brillante en el universo distante, sin una fuente obvia de energía para la luz que emite. Llamada una "enorme nebulosa Lyman-alfa" (ELAN), es el más brillante y uno de los más grandes de estos raros objetos, sólo un puñado de los cuales se han observado.

Las ELAN son enormes gotas de gas que rodean y se extienden entre las galaxias en el medio intergaláctico. Se cree que son parte de la red de filamentos que conectan las galaxias en una vasta red cósmica. Los ELAN descubiertos anteriormente probablemente estén iluminados por la intensa radiación de los cuásares, pero no está claro qué está causando que el gas hidrógeno en la nebulosa recién descubierta emita radiación Lyman-alfa (una longitud de onda característica de la luz absorbida y emitida por los átomos de hidrógeno).

La nebulosa recién descubierta se encontró a una distancia de 10 mil millones de años luz en medio de una región con una concentración extraordinaria de galaxias. Los investigadores encontraron esta sobredensidad masiva de las primeras galaxias, llamado "protocolluster, "a través de un proyecto de encuesta novedoso dirigido por Zheng Cai, becario posdoctoral Hubble en UC Santa Cruz.

"Nuestro estudio no estaba tratando de encontrar nebulosas. Estamos buscando los entornos más densos en el universo temprano, las grandes ciudades donde hay muchas galaxias, "dijo Cai." Encontramos esta enorme nebulosa en medio del protoglúteo, cerca de la densidad máxima ".

Cai es el primer autor de un artículo sobre el descubrimiento aceptado para su publicación en Diario astrofísico y disponible en línea en arxiv.org/abs/1609.04021. Su proyecto de estudio se llama Mapeo de las sobredensidades más masivas a través del hidrógeno (MAMMOTH), y el ELAN recién descubierto se conoce como MAMMOTH-1.

Coautor J. Xavier Prochaska, profesor de astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz, dichos ELAN previamente descubiertos se han detectado en estudios de cuásares. En esos casos, la intensa radiación de un cuásar iluminaba gas hidrógeno en la nebulosa, provocando que emita radiación Lyman-alfa. El equipo de Prochaska descubrió el primer ELAN, apodada la "nebulosa de las babosas, "en 2014. MAMMOTH-1 es el primero que no está asociado con un cuásar visible, él dijo.

"Es extremadamente brillante, y probablemente sea más grande que la nebulosa Slug, pero no hay nada más visible excepto la tenue mancha de una galaxia. Así que es un fenómeno tremendamente energético sin una fuente de energía obvia, "Dijo Prochaska.

Igualmente impresionante es el enorme protocolo en el que reside, él dijo. Los cúmulos de protocolos son los precursores de los cúmulos de galaxias, que constan de cientos a miles de galaxias unidas por gravedad. Debido a que los cúmulos de protocolos se extienden por un área mucho mayor del cielo, son mucho más difíciles de encontrar que los cúmulos de galaxias.

El protocolo que alberga la nebulosa MAMMOTH-1 es masivo, con una concentración inusualmente alta de galaxias en un área de unos 50 millones de años luz de diámetro. Porque está tan lejos (10 mil millones de años luz), Los astrónomos están mirando hacia atrás en el tiempo para ver el protoglúster como era hace 10 mil millones de años, o unos 3 mil millones de años después del Big Bang, durante la época pico de formación de galaxias. Después de evolucionar durante 10 mil millones de años más, este protocolo sería hoy un cúmulo de galaxias maduras de quizás solo un millón de años luz de diámetro, habiendo colapsado en un área mucho más pequeña, Prochaska dijo.

El modelo cosmológico estándar de formación de estructuras en el universo predice que las galaxias están incrustadas en una red cósmica de materia, la mayor parte es materia oscura invisible. El gas que colapsa para formar galaxias y estrellas traza la distribución de la materia oscura y se extiende más allá de las galaxias a lo largo de los filamentos de la red cósmica. La nebulosa MAMMOTH-1 parece tener una estructura filamentosa que se alinea con la distribución de galaxias en la estructura a gran escala del protoglúster, apoyando la idea de que los ELAN son segmentos iluminados de la red cósmica, Dijo Cai.

"De la distribución de las galaxias podemos inferir dónde están los filamentos de la red cósmica, y la nebulosa está perfectamente alineada con esa estructura, " él dijo.

Cai y sus coautores consideraron varios posibles mecanismos que podrían estar impulsando la emisión Lyman-alfa de la nebulosa. Las explicaciones más probables involucran radiación o salidas de un núcleo galáctico activo (AGN) que está fuertemente oscurecido por el polvo, de modo que solo se puede ver una fuente débil asociada con la nebulosa. Un AGN funciona con un agujero negro supermasivo que se alimenta activamente de gas en el centro de una galaxia, y suele ser una fuente de luz extremadamente brillante (los quásares son los AGN más luminosos en luz visible).

La intensa radiación de un AGN puede ionizar el gas que lo rodea (lo que se denomina fotoionización), y este puede ser un mecanismo que funcione en MAMMOTH-1. Cuando el hidrógeno ionizado en la nebulosa se recombina, emitirá radiación Lyman-alfa. Otro posible mecanismo que alimenta las emisiones de Lyman-alfa es el calentamiento por choque mediante una potente salida de gas del AGN.

Los investigadores describieron varias líneas de evidencia que respaldan la existencia de un AGN oculto que energiza la nebulosa, incluyendo la dinámica del gas y las emisiones de otros elementos además del hidrógeno, en particular helio y carbono.

"Tiene todas las características de una AGN, pero no vemos nada en nuestras imágenes ópticas. Supongo que hay un quásar que está tan oscurecido por el polvo que la mayor parte de su luz está oculta, "Dijo Prochaska.