Gli astronomi hanno trovato un enorme, chiazza di gas incandescente nel lontano universo, senza una fonte evidente di energia per la luce che emette. Chiamata "enorme nebulosa Lyman-alfa" (ELAN), è il più luminoso e tra i più grandi di questi rari oggetti, solo una manciata dei quali sono stati osservati.

Gli ELAN sono enormi bolle di gas che circondano e si estendono tra le galassie nel mezzo intergalattico. Si pensa che siano parti della rete di filamenti che collegano le galassie in una vasta rete cosmica. Gli ELAN scoperti in precedenza sono probabilmente illuminati dall'intensa radiazione dei quasar, ma non è chiaro cosa stia causando l'emissione di radiazione Lyman-alfa da parte del gas idrogeno nella nebulosa appena scoperta (una caratteristica lunghezza d'onda della luce assorbita ed emessa dagli atomi di idrogeno).

La nebulosa appena scoperta è stata trovata a una distanza di 10 miliardi di anni luce nel mezzo di una regione con una straordinaria concentrazione di galassie. I ricercatori hanno scoperto questa massiccia sovradensità delle prime galassie, chiamato un "protocluster, " attraverso un nuovo progetto di indagine guidato da Zheng Cai, un Hubble Postdoctoral Fellow presso l'UC Santa Cruz.

"La nostra indagine non stava cercando di trovare nebulose. Stiamo cercando gli ambienti più densi dell'universo primordiale, le grandi città dove ci sono tante galassie, " disse Cai. "Abbiamo trovato questa enorme nebulosa nel mezzo del protoammasso, vicino alla densità di picco."

Cai è il primo autore di un documento sulla scoperta accettata per la pubblicazione nel Giornale Astrofisico e disponibile online su arxiv.org/abs/1609.04021. Il suo progetto di indagine si chiama Mapping the Most Massive Overdensities Through Hydrogen (MAMMOTH), e l'ELAN appena scoperto è noto come MAMMOTH-1.

Coautore J. Xavier Prochaska, professore di astronomia e astrofisica all'UC Santa Cruz, detti ELAN precedentemente scoperti sono stati rilevati nelle indagini quasar. In quei casi, l'intensa radiazione di un quasar ha illuminato il gas idrogeno nella nebulosa, provocando l'emissione di radiazioni Lyman-alfa. Il team di Prochaska ha scoperto il primo ELAN, soprannominata la "Nebulosa Lumaca, " nel 2014. MAMMOTH-1 è il primo non associato a un quasar visibile, Egli ha detto.

"È estremamente luminoso, ed è probabilmente più grande della Nebulosa Lumaca, ma non c'è nient'altro visibile tranne la debole macchia di una galassia. Quindi è un fenomeno terribilmente energetico senza un'ovvia fonte di energia, " Disse Prochaska.

Altrettanto impressionante è l'enorme protoammasso in cui risiede, Egli ha detto. I protocluster sono i precursori degli ammassi di galassie, che consistono in centinaia o migliaia di galassie legate insieme dalla gravità. Poiché i protocluster sono sparsi su un'area del cielo molto più ampia, sono molto più difficili da trovare degli ammassi di galassie.

Il protoammasso che ospita la nebulosa MAMMOTH-1 è enorme, con una concentrazione insolitamente alta di galassie in un'area di circa 50 milioni di anni luce. Perché è così lontano (10 miliardi di anni luce), gli astronomi stanno in effetti guardando indietro nel tempo per vedere il protoammasso com'era 10 miliardi di anni fa, o circa 3 miliardi di anni dopo il big bang, durante l'epoca di picco della formazione delle galassie. Dopo essersi evoluto per altri 10 miliardi di anni, questo protoammasso sarebbe oggi un ammasso di galassie maturo forse solo un milione di anni luce di diametro, essendo crollato in un'area molto più piccola, ha detto Prochaska.

Il modello cosmologico standard della formazione delle strutture nell'universo prevede che le galassie siano incorporate in una rete cosmica di materia, la maggior parte è materia oscura invisibile. Il gas che collassa per formare galassie e stelle traccia la distribuzione della materia oscura e si estende oltre le galassie lungo i filamenti della rete cosmica. La nebulosa MAMMOTH-1 sembra avere una struttura filamentosa che si allinea con la distribuzione delle galassie nella struttura su larga scala del protoammasso, sostenendo l'idea che gli ELAN siano segmenti illuminati della rete cosmica, disse Caio.

"Dalla distribuzione delle galassie possiamo dedurre dove sono i filamenti della rete cosmica, e la nebulosa è perfettamente allineata con quella struttura, " Egli ha detto.

Cai e i suoi coautori hanno preso in considerazione diversi possibili meccanismi che potrebbero alimentare l'emissione Lyman-alfa dalla nebulosa. Le spiegazioni più probabili riguardano radiazioni o deflussi da un nucleo galattico attivo (AGN) che è fortemente oscurato dalla polvere in modo che solo una debole fonte possa essere vista associata alla nebulosa. Un AGN è alimentato da un buco nero supermassiccio che si nutre attivamente di gas al centro di una galassia, ed è solitamente una fonte di luce estremamente brillante (i quasar sono gli AGN più luminosi nella luce visibile).

L'intensa radiazione di un AGN può ionizzare il gas attorno ad esso (chiamata fotoionizzazione), e questo potrebbe essere un meccanismo all'opera in MAMMOTH-1. Quando l'idrogeno ionizzato nella nebulosa si ricombina, emette radiazioni Lyman-alfa. Un altro possibile meccanismo che alimenta le emissioni Lyman-alfa è il riscaldamento d'urto da un potente deflusso di gas dall'AGN.

I ricercatori hanno descritto diverse linee di prove a sostegno dell'esistenza di un AGN nascosto che energizza la nebulosa, compresa la dinamica del gas e le emissioni di altri elementi oltre all'idrogeno, in particolare elio e carbonio.

"Ha tutte le caratteristiche di un AGN, ma non vediamo nulla nelle nostre immagini ottiche. Immagino che ci sia un quasar così oscurato dalla polvere che la maggior parte della sua luce è nascosta, " Disse Prochaska.