2019-08-13 23:54:01
在破碎的薄如煎饼的星系间中寻找宇宙雾

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为了解宇宙中最普通的物质 - 以及发生在它身上的非凡事物 - 耶鲁大学领导的天文学家团队深入研究了宇宙雾。

他们学习了有关重子动力学的有趣新细节,这些亚原子粒子(包括质子和中子)的集合占据了宇宙中大部分可见物质。大多数重子位于星系间介质(IGM)中,这是介于星系之间的空间,物质既不受周围系统的束缚也不会受到周围系统的牵制。

在一项新研究中,耶鲁大学博士后研究员Nir Mandelker和Frank C. van den Bosch教授报告了IGM大片的最详细模拟。他们第一次能够看到IGM中冷,密集的气体云如何组织起来,并在浩瀚的空间中对更大的物质“薄片”或“煎饼”作出反应。

研究结果发表在“天体物理学杂志快报”上。

研究人员多年来一直试图将IGM的结构和性质拼凑在一起,以测试大爆炸宇宙学的标准模型,该模型预测80%-90%的重子在IGM中,但也要研究IGM的关键性作为宇宙燃料来源的角色。

“星系能够连续形成恒星的原因是新鲜气体从IGM流入星系,”该研究的第一作者曼德尔克说。 “很明显,如果没有从IGM中吸收新鲜气体,那么星系就会在非常短的时间内耗尽气体。”

然而,检测IGM的天然气是非常困难的。与在星光下明亮地照射的星系不同,IGM中的气体几乎从不足以直接探测到。相反,它必须通过吸收背景光间接研究。这种吸收研究使研究人员能够了解气体云的密度和化学成分;特别是,他们能够发现附近星系中的恒星形成是否已经用金属(比氦气更重的元素)污染了气体。

凭借其新的模拟,耶鲁大学的团队学到了很多东西 - 包括那些上述重子片的新属性。

“这些是扁平的物质分布,被称为'煎饼',延伸到数百万光年,”van den Bosch说。 “我们发现这些煎饼中的气体不是分布均匀,而是粉碎成类似于'宇宙雾'的东西,它们由相对冷和密集气体的微小离散云组成。”

人们认为这种密集的气体云只形成于靠近星系的空间区域,在那里天然气自然更密集。但新模拟表明它们也可以从低密度IGM中凝结出来。研究人员表示,这种现象自然发生,这是由于气体的有效冷却引发的不稳定性。

基于耶鲁模拟的这种宇宙雾的另一个方面是它是原始的;距离任何被金属污染的星系都太远了。根据曼德尔克的说法,这很重要,因为它解释了近期对于距离星系很远的密集无金属云的令人费解的观察结果。天文学家无法解释这种现象,但新模拟表明它们的存在可能只是自然过程的结果。

“我们的工作突出了正确解决IGM中天然气特性的重要性,而IGM通常被忽视,有利于更好地解决中心星系,”Mandelker说。 “很难理解IGM中的气体如何变得如此密集和光学厚,特别是当前几代宇宙学模拟没有在IGM中发现任何这种致密气体时。”

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