Astrónomos han encontrado una enorme cantidad de gas en el universo lejano, sin fuente obvia de energía para la intensa luz que emite. Podría tratarse de un segmento de red cósmica iluminado.
Catalogada como 'enorme nebulosa Lyman-alfap (ELAN), es la más brillante y entre los más grandes de estos raros objetos, sólo un puñado de los cuales se han observado. Todos los anteriores estaban vinculados a un quásar, pero este no es el caso.
Las ELAN son grandes manchas de gas que rodean y se extienden entre galaxias en el medio intergaláctico. Se piensa que son partes de la red de filamentos que conectan galaxias en una gran red cósmica. Es probable que las ELAN previamente descubiertas sean iluminadas por la radiación intensa de los quásares, pero no está claro qué está causando que el hidrógeno gaseoso 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 recién descubierta nebulosa se encuentra a una distancia de 10.000 millones de años luz en medio de una región con una extraordinaria concentración de galaxias. Los investigadores encontraron esta masiva sobredensidad de las primeras galaxias, llamada "protocúmulos", a través de un nuevo proyecto de investigación dirigido por Zheng Cai, un becario de posdoctorado de en la Universidad de California Santa Cruz.
"Nuestra encuesta no estaba tratando de encontrar nebulosas, estamos buscando los ambientes más sobredimensionados en el universo primitivo, las grandes aglomeraciones donde hay muchas galaxias", dijo Cai. "Encontramos esta enorme nebulosa en el centro del protocúmulo, cerca de la densidad máxima".
Cai es el primer autor de un documento sobre el descubrimiento de esta nebulosa, denominada MAMMOTH-1, aceptado para su publicación en el Astrophysical Journal y disponible en línea en arxiv.org.
El coautor J. Xavier Prochaska, profesor de astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz, dijo que las ELAN previamente descubiertas han sido detectadas en estudios de quásares. En esos casos, la radiación intensa de un quásar iluminó el gas de hidrógeno en la nebulosa, causando que emita radiación de Lyman-alfa. El equipo de Prochaska descubrió la primera ELAN, denominada "Slug Nebula", en 2014. MAMMOTH-1 es el primero que no está asociado con un quasar visible, dijo.
"Es extremadamente brillante, y es probablemente 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 enérgico sin una fuente de energía obvia", dijo Prochaska.
Igualmente impresionante es el enorme protocúmulo en el que reside, dijo. Los protocúmulos son los precursores de los cúmulos de galaxias, que consisten en cientos a miles de galaxias unidas por la gravedad. Debido a que los protocúmulos se extienden sobre una zona mucho más grande del cielo, son mucho más difíciles de encontrar que los cúmulos de galaxias.
El protocúmulo que alberga la nebulosa MAMMOTH-1 es masivo, con una inusualmente alta concentración de galaxias en un área de unos 50 millones de años luz de ancho. Debido a que está tan lejos (10 mil millones de años luz), los astrónomos están en efecto mirando atrás en el tiempo para ver el protocúmulo como era hace 10.000 millones de años, o cerca de 3.000 millones años después del big bang, durante la época pico de formación de galaxias.
Después de evolucionar 10.000 millones más de años, este protocúmulo sería hoy un cúmulo maduro de galaxias quizás solamente de un millón de años luz de envergadura, habiendo colapsado a un área mucho más pequeña, dijo Prochaska.
El modelo cosmológico estándar de la formación de estructuras en el universo predice que las galaxias están embutidas en una red cósmica de materia, la mayor parte de la cual es materia oscura invisible. El gas que colapsa para formar galaxias y estrellas rastrea 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 filamentaria que se alinea con la distribución de la galaxia en la estructura a gran escala del protocúmulo, apoyando la idea de que las ELAN son segmentos iluminados de la red cósmica, dijo Cai.
"De la distribución de galaxias podemos inferir donde están los filamentos de la red cósmica, y la nebulosa está perfectamente alineada con esa estructura", dijo.
Cai y sus coautores consideraron varios posibles mecanismos que podrían estar potenciando la emisión de Lyman-alfa de la nebulosa. Las explicaciones más probables implican radiación o salidas de un núcleo galáctico activo (AGN) que está fuertemente oscurecido por el polvo de modo que sólo se puede ver una fuente débil asociada con la nebulosa. Un AGN es alimentado por un agujero negro supermasivo que se alimenta activamente de gas en el centro de una galaxia, y es generalmente una fuente de luz extremadamente brillante (los cuásares son los AGN más luminosos en luz visible).
La radiación intensa de un AGN puede ionizar el gas a su alrededor (llamado fotoionización), y este puede ser un mecanismo que opere en MAMMOTH-1. Cuando el hidrógeno ionizado en la nebulosa se recombina, emitiría radiación Lyman-alfa. Otro mecanismo posible que potencia las emisiones de Lyman-alfa es el calentamiento de choque por un flujo de salida potente de AGN.
