MAMMOTH-1 est une goutte étendue de gaz dans le milieu intergalactique appelée une énorme nébuleuse Lyman-alpha (ELAN). La carte des couleurs et les contours indiquent la luminosité de surface de la nébuleuse, et les flèches rouges montrent son étendue spatiale estimée. Crédit :Cai et al., Journal d'astrophysique (Figure 2)
Les astronomes ont découvert un énorme, goutte de gaz incandescent dans l'univers lointain, sans source d'énergie évidente pour la lumière qu'il émet. Appelée une "énorme nébuleuse Lyman-alpha" (ELAN), c'est le plus brillant et parmi les plus grands de ces objets rares, dont seule une poignée a été observée.
Les ELAN sont d'énormes gouttes de gaz entourant et s'étendant entre les galaxies du milieu intergalactique. On pense qu'ils font partie du réseau de filaments reliant les galaxies dans un vaste réseau cosmique. Les ELAN précédemment découverts sont probablement illuminés par le rayonnement intense des quasars, mais on ne sait pas ce qui fait que le gaz hydrogène dans la nébuleuse nouvellement découverte émet un rayonnement Lyman-alpha (une longueur d'onde caractéristique de la lumière absorbée et émise par les atomes d'hydrogène).
La nébuleuse nouvellement découverte a été trouvée à une distance de 10 milliards d'années-lumière au milieu d'une région avec une concentration extraordinaire de galaxies. Les chercheurs ont découvert cette surdensité massive des galaxies primitives, appelé "protocluster, " grâce à un nouveau projet d'enquête dirigé par Zheng Cai, un boursier postdoctoral Hubble à l'UC Santa Cruz.
"Notre enquête n'essayait pas de trouver des nébuleuses. Nous recherchons les environnements les plus denses de l'univers primitif, les grandes villes où il y a beaucoup de galaxies, " dit Cai. " Nous avons trouvé cette énorme nébuleuse au milieu du protoamas, près du pic de densité."
Cai est le premier auteur d'un article sur la découverte accepté pour publication dans le Journal d'astrophysique et disponible en ligne sur arxiv.org/abs/1609.04021. Son projet d'enquête s'intitule Mapping the Most Massive Overdensities Through Hydrogen (MAMMOTH), et l'ELAN nouvellement découvert est connu sous le nom de MAMMOTH-1.
Coauteur J. Xavier Prochaska, professeur d'astronomie et d'astrophysique à l'UC Santa Cruz, lesdits ELAN précédemment découverts ont été détectés dans des levés de quasars. Dans ces cas, le rayonnement intense d'un quasar illuminé d'hydrogène gazeux dans la nébuleuse, l'amenant à émettre un rayonnement Lyman-alpha. L'équipe de Prochaska a découvert le premier ELAN, surnommée la « Nébuleuse de la Limace, " en 2014. MAMMOTH-1 est le premier non associé à un quasar visible, il a dit.
"C'est extrêmement lumineux, et c'est probablement plus grand que la nébuleuse de la Limace, mais il n'y a rien d'autre visible que la légère tache d'une galaxie. C'est donc un phénomène terriblement énergétique sans source d'énergie évidente, " a déclaré Prochaska.
Tout aussi impressionnant est l'énorme protoamas dans lequel il réside, il a dit. Les protoamas sont les précurseurs des amas de galaxies, qui se composent de centaines à des milliers de galaxies liées entre elles par la gravité. Parce que les protoamas sont répartis sur une zone beaucoup plus grande du ciel, ils sont beaucoup plus difficiles à trouver que les amas de galaxies.
Le protocluster hébergeant la nébuleuse MAMMOTH-1 est massif, avec une concentration inhabituellement élevée de galaxies dans une zone d'environ 50 millions d'années-lumière. Parce que c'est si loin (10 milliards d'années-lumière), les astronomes remontent le temps pour voir le protoamas tel qu'il était il y a 10 milliards d'années, soit environ 3 milliards d'années après le big bang, à l'époque de pointe de la formation des galaxies. Après avoir évolué pendant 10 milliards d'années supplémentaires, ce protoamas serait aujourd'hui un amas de galaxies mature de peut-être seulement un million d'années-lumière de diamètre, s'étant effondré dans une zone beaucoup plus petite, dit Prochaska.
Le modèle cosmologique standard de formation des structures dans l'univers prédit que les galaxies sont intégrées dans un réseau cosmique de matière, dont la plupart est de la matière noire invisible. Le gaz qui s'effondre pour former des galaxies et des étoiles retrace la répartition de la matière noire et s'étend au-delà des galaxies le long des filaments de la toile cosmique. La nébuleuse MAMMOTH-1 semble avoir une structure filamenteuse qui s'aligne sur la distribution des galaxies dans la structure à grande échelle du protoamas, soutenant l'idée que les ELAN sont des segments illuminés de la toile cosmique, dit Cai.
"De la distribution des galaxies, nous pouvons déduire où se trouvent les filaments de la toile cosmique, et la nébuleuse est parfaitement alignée avec cette structure, " il a dit.
Cai et ses coauteurs ont examiné plusieurs mécanismes possibles qui pourraient alimenter l'émission Lyman-alpha de la nébuleuse. Les explications les plus probables impliquent un rayonnement ou des sorties d'un noyau galactique actif (AGN) qui est fortement obscurci par la poussière de sorte que seule une faible source peut être vue associée à la nébuleuse. Un AGN est alimenté par un trou noir supermassif se nourrissant activement de gaz au centre d'une galaxie, et c'est généralement une source de lumière extrêmement brillante (les quasars étant les AGN les plus lumineux en lumière visible).
Le rayonnement intense d'un AGN peut ioniser le gaz qui l'entoure (appelé photoionisation), et cela peut être un mécanisme à l'œuvre dans MAMMOTH-1. Lorsque l'hydrogène ionisé dans la nébuleuse se recombine, il émettra un rayonnement Lyman-alpha. Un autre mécanisme possible alimentant les émissions Lyman-alpha est le chauffage par choc par une puissante sortie de gaz de l'AGN.
Les chercheurs ont décrit plusieurs éléments de preuve soutenant l'existence d'un AGN caché énergisant la nébuleuse, y compris la dynamique du gaz et les émissions d'autres éléments que l'hydrogène, notamment l'hélium et le carbone.
"Il a toutes les caractéristiques d'un AGN, mais nous ne voyons rien dans nos images optiques. Je suppose qu'il y a un quasar qui est tellement obscurci par la poussière que la majeure partie de sa lumière est cachée, " a déclaré Prochaska.
