En grupp astronomer ledda av Crystal Martin och Stephanie Ho från University of California, Santa Barbara, har upptäckt en svindlande kosmisk koreografi bland typiska stjärnbildande galaxer; deras kalla halogas verkar vara i takt med de galaktiska skivorna, snurrar åt samma håll.

Forskarna använde W. M. Keck Observatory för att få de första direkta observationsbevisen någonsin som visar att samroterande halogas inte bara är möjligt, men vanligt. Deras resultat tyder på att den virvlande gasen halo så småningom kommer att spiralera in mot skivan.

"Detta är ett stort genombrott för att förstå hur galaktiska skivor växer, sa Martin, Professor i fysik vid UC Santa Barbara och huvudförfattare till studien. "Galaxer är omgivna av massiva reservoarer av gas som sträcker sig långt bortom de synliga delarna av galaxer. Fram till nu, det har förblivit ett mysterium hur exakt detta material transporteras till galaktiska skivor där det kan driva nästa generations stjärnbildning."

Studien publiceras i dagens nummer av Astrofysisk tidskrift och visar de kombinerade resultaten av 50 standardgalaxer som bildar stjärna tagna under en period av flera år.

För nästan ett decennium sedan, teoretiska modeller förutspådde att vinkelmomentet hos den snurrande kalla halogasen delvis kompenserar för gravitationskraften som drar den mot galaxen, därigenom saktar ner gastillväxthastigheten och förlänger perioden för disktillväxt.

Teamets resultat bekräftar denna teori, som visar att halogasens rörelsemängd är tillräckligt hög för att bromsa infallshastigheten men inte så hög att den helt stänger av matningen till den galaktiska skivan.

Metodik

Astronomerna fick först spektra av ljusa kvasarer bakom stjärnbildande galaxer för att detektera den osynliga halogasen genom dess absorptionslinjesignatur i kvasarspektra. Nästa, forskarna använde Keck Observatorys laserguide star adaptive optics (LGSAO) system och nära-infraröd kamera (NIRC2) på Keck II-teleskopet, tillsammans med Hubble Space Telescopes Wide Field Camera 3 (WFC3), för att få högupplösta bilder av galaxerna.

"Vad som skiljer detta arbete från tidigare studier är att vårt team också använde kvasaren som en referens "stjärna" för Kecks laserguidestjärna AO-system, " sa medförfattaren Ho, en doktorand i fysik vid UC Santa Barbara. "Denna metod tog bort oskärpan som orsakades av atmosfären och producerade de detaljerade bilderna vi behövde för att lösa de galaktiska skivorna och geometriskt bestämma orienteringen av de galaktiska skivorna i tredimensionellt rymden."

Teamet mätte sedan gasmolnens dopplerförskjutningar med hjälp av Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) vid Keck Observatory, samt att erhålla spektra från Apache Point Observatory. Detta gjorde det möjligt för forskarna att avgöra i vilken riktning gasen snurrar och hur snabbt. Data visade att gasen roterar i samma riktning som galaxen, och gasens rörelsemängd är inte starkare än tyngdkraften, vilket betyder att gasen kommer att spiralera in i den galaktiska skivan.

"Precis som skridskoåkare bygger upp fart och snurrar när de för armarna inåt, halogasen snurrar troligen idag eftersom den en gång befann sig på mycket större avstånd där den avsattes av galaktiska vindar, avskalad från satellitgalaxer, eller riktad mot galaxen av en kosmisk filament, sa Martin.

Nästa steg

Nästa steg för Martin och hennes team är att mäta hastigheten med vilken halogasen dras in i den galaktiska skivan. Att jämföra inflödeshastigheten med stjärnbildningshastigheten kommer att ge en bättre tidslinje för utvecklingen av normala stjärnbildande galaxer, och förklara hur galaktiska skivor fortsätter att växa över mycket långa tidsskalor som sträcker sig över miljarder år.