En av de största snurrande strukturer som hittills hittats därute

 

Bilden  https://www.ras.ac.uk  illustrerar rotationen av neutralt väte (höger) i galaxer som befinner sig i ett utsträckt filament (mitten), där galaxerna uppvisar en koherent bulkrotationsrörelse som följer det storskaliga kosmiska nätverket (vänster).Credit Lyla JungLicenstyp Attribution (CC BY 4.0)

En av de största roterande strukturerna som någonsin hittats i universum  liknas vid en tekoppkarusell i nöjesparker har observerats cirka 140 miljoner ljusår från jorden. Den gigantiska snurrande kosmiska tråden hittades av ett internationellt team under ledning av University of Oxford har en "rakbladstunn" rad av galaxer inbäddad i sig.

Kosmiska filament är de största kända strukturerna i universum. De är enorma, trådliknande formationer av galaxer och mörk materia som bildar  kosmiska fundament. De fungerar som motorvägar längs med vilka materia i stor  rörelse flödar in i galaxer.

Närliggande filament som innehåller många galaxer som snurrar i samma riktning och där hela strukturen verkar rotera är idealiska system att utforska om hur galaxer fick den rotation och den gas de har idag. Det kan även ge möjlighet att testa teorier om hur kosmisk rotation byggs upp över tiotals miljoner ljusår.

I den nya studien beskriver forskarna från oss 14 närliggande galaxer rika på vätgas, arrangerade i en tunn, utsträckt linje på cirka 5,5 miljoner ljusår lång och 117 000 ljusår bredd. Denna linjestruktur finns inuti ett mycket större kosmisk filament som är ungefär 50 miljoner ljusår långt och innehåller mer än 280 galaxer.

Anmärkningsvärt nog verkar många av dessa galaxer rotera i samma riktning som filamentet självt.

Detta utmanar nuvarande modeller och antyder att kosmiska strukturer kan påverka galaxers rotation starkt och under längre tid än man tidigare trott.

Forskarna fann även att galaxerna på vardera sidan av filamentets centrum rör sig i motsatta riktningar vilket tyder på att hela strukturen roterar. Med hjälp av datamodellering av filamentets dynamik drog de slutsatser om rotationshastigheten som blev 110 km/s och uppskattade radien av filamentets täta centrala region till cirka cirka 163 000 ljusår.

Medförfattaren Dr Lyla Jung vid University of Oxford beskriver: "Det som gör denna struktur exceptionell är inte bara dess storlek utan också kombinationen av spinnjustering och rotationsrörelse.

Filamentet verkar vara en ung relativt orörd struktur. Dess stora antal gasrika galaxer och låga inre rörelse visar på ett så kallat "dynamiskt kallt" tillstånd och tyder på att det fortfarande befinner sig i ett tidigt utvecklingsstadium.

Eftersom väte är råmaterialet för stjärnbildning samlar eller behåller galaxer som innehåller mycket vätgas aktivt bränsle till att bilda stjärnor. Studier av dessa galaxer kan därför ge en inblick i tidiga eller pågående stadier i detta.

Det internationella teamet använde för studien data från Sydafrikas MeerKAT-radioteleskop, ett av världens mest kraftfulla teleskop, bestående av en uppsättning av 64 sammanlänkade parabolantenner.

Detta snurrande filament upptäcktes genom en djupgående undersökning av himlen kallad MIGHTEE vid MeerKAT teleskopet under ledning av astrofysikprofessorn Matt Jarvis vid University of Oxford. Arbetet kombinerades med optiska observationer från Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) och Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

Studien involverade även forskare från University of Cambridge, University of the Western Cape, Rhodes University, South African Radio Astronomy Observatory, University of Hertfordshire, University of Bristol, University of Edinburgh och University of Cape Town.

Studien publicerades nyligen i Monthly Notices ofthe Royal Astronomical Society  och  här beskrivs  värdefulla nya insikter om hur galaxer bildades i det tidiga universum.

Filaments strukturer sammanslås i molekylmolnet G34

 

Bild https://english.cas.cn/ Det molekylära molnet G34. Trefärgad sammansatt bild av WISE 3.4 (blå), 12 (grön) och 22 μm (röd) band (bakgrund). De vita konturerna representerar den integrerade intensiteten hos 13CO. De cyan och grönfärgade cirklarna indikerar H II-områden. (Bild av SUN Mingke)

Med hjälp av CO (J=1-0) molekyllinjedata erhållna från 13,7-metersmillimetervågsteleskopet vid Purple Mountain Observatory's Delingha Observatory, genomförde SUN Mingke, doktorand vid Xinjiang Astronomical Observatory of the Chinese Academy of Sciences och hans medarbetare en systematisk studie av det galaktiska molekylmolnet G34. De avslöjade här kollisionssignaturer och dynamiska mekanismer av trådliknande strukturer i denna region. G34 finns i riktning mot stjärnbilden Aquila, ungefär 10 000 ljusår från oss.

I studien identifierade forskarna två gigantiska filament, betecknade F1 och F2, i G34-regionen. Genom att analysera deras rumsliga fördelning och hastighetsrörelse fann forskarna tydliga bevis för pågående kollisioner mellan filamenten.

Fraktionerna av gas med hög kolonndensitet (N(H2)>1,0×1022 cm-2) inom F1 och F2 är relativt låga, endast 4,16 % respektive 8,33 %. I hela regionen är endast en tät klump rumsligt associerad med en WISE 22 μm infraröd stoftkärna. Fynden tyder på att F1 och F2 befinner sig i ett tidigt utvecklingsstadium och att här för närvarande bildas stjärnor med låg massa.

Dessutom ökar både hastigheten och linjemassan hos filamenten gradvis från sina ändar in mot centrum, i en antikorrelation med gravitationspotentialen. Detta indikerar att gravitationell potentiell energi omvandlas till kinetisk (rörelse) energi vilket belyser gravitationens betydelse för filamentutvecklingen.

Dessutom fann man inga H II-regioner associerade med F1 och F2, vilket tyder på att dessa storskaliga strukturer ännu inte påverkas av stjärnåterkoppling (påverkan från andra stjärnor) i joniserade regioner. Istället styrs deras dynamik främst av självgravitation. Vilket ger ytterligare stöd för scenariot att filamentkollision är en nyckelmekanism som driver utvecklingen av detta system.

Studien ger inte bara nya observationsbevis för bildandet och utvecklingen av filamentära strukturer utan belyser också den viktiga roll som gravitations drivna processer spelar för att forma dynamiken här. Resultaten bidrar till en djupare förståelse av de tidiga evolutionära mekanismerna i jättelika trådliknande strukturer i Vintergatan

Resultatet av studien har publicerats i tidskriften Astronomy & Astrophysics.