Astronomer har hittat en enorm, glödande gasklump i det avlägsna universum, utan någon uppenbar kraftkälla för ljuset den avger. Kallas en "enorm Lyman-alpha-nebulosa" (ELAN), det är det ljusaste och bland de största av dessa sällsynta föremål, endast en handfull av dem har observerats.

ELAN är enorma gasklumpar som omger och sträcker sig mellan galaxer i det intergalaktiska mediet. De tros vara delar av nätverket av filament som förbinder galaxer i ett stort kosmiskt nät. Tidigare upptäckta ELAN är sannolikt upplysta av den intensiva strålningen från kvasarer, men det är inte klart vad som gör att vätgasen i den nyupptäckta nebulosan sänder ut Lyman-alfastrålning (en karakteristisk våglängd av ljus som absorberas och emitteras av väteatomer).

Den nyupptäckta nebulosan hittades på ett avstånd av 10 miljarder ljusår mitt i en region med en extraordinär koncentration av galaxer. Forskare fann denna enorma överdensitet av tidiga galaxer, kallas ett "protokluster, "genom ett nytt undersökningsprojekt ledd av Zheng Cai, en Hubble postdoktor vid UC Santa Cruz.

"Vår undersökning försökte inte hitta nebulosor. Vi letar efter de mest övertäta miljöerna i det tidiga universum, de stora städerna där det finns massor av galaxer, " sa Cai. "Vi hittade denna enorma nebulosa mitt i protoklustern, nära toppdensiteten."

Cai är första författare till en artikel om upptäckten som godkänts för publicering i Astrofysisk tidskrift och tillgänglig online på arxiv.org/abs/1609.04021. Hans undersökningsprojekt heter Mapping the Most Massive Overdensities Through Hydrogen (MAMMOTH), och det nyupptäckta ELAN är känt som MAMMOTH-1.

Medförfattare J. Xavier Prochaska, professor i astronomi och astrofysik vid UC Santa Cruz, nämnda tidigare upptäckta ELAN har upptäckts i kvasarundersökningar. I de fallen, den intensiva strålningen från en kvasarupplyst vätgas i nebulosan, får den att avge Lyman-alfa-strålning. Prochaskas team upptäckte det första ELAN, kallad "Snigelnebulosan, " 2014. MAMMOTH-1 är den första som inte är associerad med en synlig kvasar, han sa.

"Det är extremt ljust, och den är förmodligen större än snigelnebulosan, men det finns inget annat synligt förutom den svaga fläcken av en galax. Så det är ett fruktansvärt energiskt fenomen utan en uppenbar kraftkälla, " sa Prochaska.

Lika imponerande är det enorma protokluster där det finns, han sa. Protokluster är föregångare till galaxhopar, som består av hundratals till tusentals galaxer sammanbundna av gravitationen. Eftersom protokluster är utspridda över ett mycket större område av himlen, de är mycket svårare att hitta än galaxhopar.

Protoklustret som är värd för MAMMOTH-1-nebulosan är massiv, med en ovanligt hög koncentration av galaxer i ett område med en diameter på cirka 50 miljoner ljusår. Eftersom det är så långt borta (10 miljarder ljusår), astronomer tittar i själva verket tillbaka i tiden för att se protoklustret som det var för 10 miljarder år sedan, eller cirka 3 miljarder år efter big bang, under galaxbildningens toppepok. Efter att ha utvecklats i 10 miljarder år till, denna protokluster skulle idag vara en mogen galaxhop, kanske bara en miljon ljusår i diameter, efter att ha kollapsat till ett mycket mindre område, sa Prochaska.

Den kosmologiska standardmodellen för strukturbildning i universum förutspår att galaxer är inbäddade i en kosmisk väv av materia, det mesta är osynlig mörk materia. Gasen som kollapsar för att bilda galaxer och stjärnor spårar distributionen av mörk materia och sträcker sig bortom galaxerna längs det kosmiska nätets filament. MAMMOTH-1-nebulosan verkar ha en trådformig struktur som ligger i linje med galaxfördelningen i protoklustrets storskaliga struktur, stödjer tanken att ELAN är upplysta segment av den kosmiska webben, sa Cai.

"Från fördelningen av galaxer kan vi sluta oss till var filamenten i det kosmiska nätet är, och nebulosan är perfekt i linje med den strukturen, " han sa.

Cai och hans medförfattare övervägde flera möjliga mekanismer som kunde driva Lyman-alfa-emissionen från nebulosan. De mest troliga förklaringarna involverar strålning eller utflöden från en aktiv galaktisk kärna (AGN) som är kraftigt skymd av damm så att endast en svag källa kan ses associerad med nebulosan. En AGN drivs av ett supermassivt svart hål som aktivt matar på gas i mitten av en galax, och det är vanligtvis en extremt stark ljuskälla (kvasarer är de mest lysande AGN:erna i synligt ljus).

Den intensiva strålningen från en AGN kan jonisera gasen runt den (kallad fotojonisering), och detta kan vara en mekanism som fungerar i MAMMOTH-1. När joniserat väte i nebulosan rekombinerar skulle det avge Lyman-alfastrålning. En annan möjlig mekanism som driver Lyman-alfa-utsläppen är chockuppvärmning genom ett kraftigt utflöde av gas från AGN.

Forskarna beskrev flera bevis som stöder förekomsten av en dold AGN som aktiverar nebulosan, inklusive gasens dynamik och utsläpp från andra element förutom väte, särskilt helium och kol.

"Den har alla kännetecken för en AGN, men vi ser ingenting i våra optiska bilder. Jag förväntar mig att det finns en kvasar som är så skymd av damm att det mesta av dess ljus är dolt, " sa Prochaska.