La distribución de las galaxias en la región de proto-supercúmulos hace 11.5 mil millones de años (arriba a la izquierda), y la imagen Subaru Telescope Suprime-Cam utilizada en este trabajo (derecha, imagen más grande). La distribución de gas hidrógeno neutro se superpone a la imagen de Subaru. El color rojo indica regiones más densas del gas hidrógeno neutro. Los cuadrados cian corresponden a las galaxias miembros en el proto-supercúmulo, mientras que los objetos sin cuadrados cian son galaxias y estrellas en primer plano. La distribución de gas hidrógeno neutro no se alinea perfectamente con las galaxias. Crédito:Universidad Osaka Sangyo / NAOJ
Un equipo dirigido por investigadores de la Universidad Osaka Sangyo, con miembros de la Universidad de Tohoku, Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA) y otros, ha utilizado el Suprime-Cam en el telescopio Subaru para crear el mapa más extenso de gas hidrógeno neutro en el universo temprano. Esta nube parece estar muy extendida a lo largo de 160 millones de años luz dentro y alrededor de una estructura llamada proto-supercúmulo. Es la estructura más grande del 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 merece una mayor investigación.
"Estamos sorprendidos porque la estructura densa de gas se extiende mucho más de lo esperado en el proto-supercúmulo, ", dijo el Dr. Mawatari." Se necesitan observaciones de campo más amplias con filtros de banda estrecha para captar una 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-supercúmulos utilizando el HSC ".
Comprensión de la distribución de la materia en el universo
Estrellas ensambladas 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 en escalas mayores que eso. Un tema importante en la astronomía moderna es aclarar cuán perfectamente se mantiene la uniformidad y homogeneidad a gran escala en la distribución de la materia. Además, Los astrónomos buscan investigar las propiedades de las semillas de estructuras a gran escala (es decir, las fluctuaciones iniciales de la materia) que existía al comienzo del universo. Por lo tanto, es importante observar enormes estructuras 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. Es más, está claro que hay muchas galaxias recién nacidas en cúmulos 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 (de baja emisión de luz) en el universo temprano.
Imágenes esquemáticas de un esquema de análisis de trabajos anteriores (izquierda) y un nuevo método (derecha). En el enfoque anterior, Básicamente, se puede utilizar una única fuente de luz de fondo (quásar) en un área de búsqueda. Por otra parte, con el nuevo esquema, Es más fácil resolver espacialmente la densidad del gas hidrógeno neutro utilizando muchas galaxias normales en un área de búsqueda como fuentes de luz de fondo. En el nuevo esquema, La fuerza de absorción del gas de hidrógeno neutro se estima midiendo la cantidad de flujo de las galaxias de fondo que se atenúa en la imagen de banda estrecha. no usando espectro. Al combinar este esquema con la capacidad de imágenes de área amplia del telescopio Subaru, Mawatari, et al. hizo el mapa más extenso de gas hidrógeno neutro jamás creado. Crédito:Crédito:Universidad Osaka Sangyo / NAOJ
Para investigar temprano, tenues nubes de gas, Los astrónomos aprovechan el hecho de que la luz de los objetos distantes brillantes se atenúa con el gas de primer plano (dando un efecto como una "imagen de sombra"). Dado que el hidrógeno neutro en la nube de gas absorbe y atenúa la luz de los objetos del fondo a una cierta longitud de onda, podemos ver el rasgo característico de absorción en el espectro del objeto de fondo. En muchas observaciones anteriores, Los investigadores utilizaron cuásares (que son muy brillantes y distantes) como fuentes de luz de fondo. Debido a que los quásares 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 de estudio amplia. Durante mucho tiempo, el objetivo ha sido obtener información "multidimensional" del gas (p. Ej., 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 una época lejana. Hay dos ventajas principales de este enfoque. Primero, en lugar de cuásares raros, 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. Segundo, utilizan datos de imágenes tomados con el filtro de banda estrecha de Suprime-cam. Está ajustado para que se pueda transmitir luz con ciertas longitudes de onda, para capturar evidencia de absorción por el gas hidrógeno neutro (el efecto de imagen de sombra). Comparado con el esquema tradicional de observaciones basado en espectroscopia de cuásares, este nuevo método permite a Mawatari y sus colaboradores obtener información sobre la distribución de gas en un área amplia con relativa rapidez.
Los investigadores aplicaron su esquema a los datos de imágenes del Telescopio Subaru Suprime-Cam tomados en su anterior gran estudio de galaxias. Los campos investigados en este trabajo incluyen el campo SSA22, un antepasado de un supercúmulo de galaxias (proto-supercúmulo), donde las galaxias jóvenes se forman activamente, en el universo hace 11.5 mil millones de años en el universo temprano.
Distribución en 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 del gas de hidrógeno neutro es consistente con la densidad promedio en todo el universo hace 11.5 mil millones de años, la densidad del gas de hidrógeno neutro es superior a la media de todo el campo de proto-supercúmulos SSA22. Los contornos corresponden a la densidad numérica de las galaxias. Negrita, sólido delgado y los contornos punteados significan el promedio, alta densidad, y regiones de baja densidad, respectivamente. Crédito:Universidad Osaka Sangyo / NAOJ
Nuevos mapas de distribución de hidrógeno neutro
El trabajo de los investigadores dio como resultado mapas de áreas muy amplias 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 del proto-supercúmulo SSA22 en comparación con los de los campos normales (SXDS y GOODS-N). Está claramente confirmado que el entorno del proto-supercúmulo es rico en gas hidrógeno neutro, que es el componente principal de las galaxias.
El trabajo del equipo también reveló que la distribución de gas en la región del proto-supercúmulo no se alinea perfectamente con la distribución de las galaxias. Si bien el proto-supercúmulo 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-supercúmulo. Este resultado puede significar que el gas de hidrógeno neutro no solo está asociado con las galaxias individuales, sino que también se extiende de manera difusa a través del espacio intergaláctico solo dentro del proto-supercúmulo. Dado que el exceso de gas de hidrógeno neutro en el campo SSA22 se detecta en toda el área de búsqueda, esta estructura de gas sobredensa 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 menor 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 lo largo de más de 160 millones de años luz (que es aproximadamente la misma que los supercúmulos actuales 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 hidrógeno neutro en un área muy grande, los investigadores han proporcionado una nueva ventana sobre la relación entre el gas y las galaxias en el universo joven. La enorme estructura de gas SSA22 revelada por este trabajo se considera un objeto clave para probar la teoría estándar de la formación de estructuras, por lo que se prevé una mayor investigación.
