NASA:s SOFIA luftburna observatorium gjorde det möjligt för ett UCI-ledda team av astronomer att studera infraröda utsläpp från fem närliggande galaxer. Forskarna hittade mer metall än väntat i det intergalaktiska mediet, ett resultat som skulle ha varit svårt att uppnå utan kraften att se infraröd strålning genom tjockt galaktiskt damm. Kredit:Jim Ross / NASA
En grundlig förståelse av galaxens utveckling beror delvis på en noggrann mätning av mängden metaller i det intergalaktiska mediet – utrymmet mellan stjärnor – men damm kan hindra observationer i optiska våglängder. Ett internationellt team av astronomer vid University of California, Irvine, Oxford University i England och andra institutioner upptäckte bevis på tyngre grundämnen i lokala galaxer – som visade sig vara bristfälliga i tidigare studier – genom att analysera infraröda data som samlats in under en flerårig kampanj.
För en artikel publicerad nyligen i Nature Astronomy, forskarna undersökte fem galaxer som är svaga i synliga våglängder men biljoner gånger mer lysande än solen i infrarött. Interaktioner mellan dessa galaxer och närliggande stjärnsystem får gas att flytta runt och kollapsa, vilket skapar förutsättningar för fantastisk stjärnbildning.
"Genom att studera gasinnehållet i dessa galaxer med optiska instrument var astronomer övertygade om att de var betydligt metallfattiga jämfört med andra galaxer med liknande massa", säger huvudförfattaren Nima Chartab, UCI postdoktor i fysik och astronomi. "Men när vi observerade emissionslinjer för dessa dammiga galaxer i infraröda våglängder, fick vi en klar bild av dem och fann ingen betydande metallbrist."
För att bestämma mängden gasfasmetaller i det intergalaktiska mediet, försökte astronomerna att skaffa data om förhållandet mellan proxies, syre och kväve, eftersom infraröda utsläpp från dessa grundämnen är mindre skymd av galaktiskt damm.
"Vi letar efter bevis på baryoncykling där stjärnor bearbetar element som väte och helium för att producera kol, kväve och syre", säger medförfattaren Asantha Cooray, UCI-professor i fysik och astronomi. "Stjärnorna går så småningom till supernovor och blåser upp och sedan förvandlas all gas i utkanten av stjärnorna till moln som kastas runt. Materialet i dem är löst och diffust men så småningom genom gravitationsstörningar orsakade av andra stjärnor som rör sig, gasen kommer att börja klumpa ihop sig och kollapsa, vilket leder till bildandet av nya stjärnor."
Att observera denna process i infraröda våglängder är en utmaning för astronomer eftersom vattenånga i jordens atmosfär blockerar strålning på denna del av det elektromagnetiska spektrumet, vilket gör mätningar från till och med de högsta markteleskopen – som de vid Keck Observatory på Hawaii – otillräckliga.
En del av datamängden som användes av teamet kom från det nu pensionerade Herschel Space Telescope, men Herschel var inte utrustad med en spektrometer som kunde läsa en specifik emissionslinje som det UCI-ledda laget behövde för sin studie. Forskarnas lösning var att ta sig till himlen – och nå mer än 45 000 fot över havet – i Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy, NASA:s Boeing 747 utrustad med ett 2,5-meters teleskop.
"Det tog oss nästan tre år att samla in all data när vi använde NASA:s SOFIA-observatorium, eftersom dessa flygningar inte varar hela natten, de är mer i intervallet 45 minuters observationstid, så studien tog mycket tid att flyga planering och samordning", sa Cooray.
Genom att analysera infraröda utsläpp kunde forskarna jämföra metalliciteten hos deras ultraluminösa infraröda målgalaxer med mindre dammiga galaxer med liknande massa- och stjärnbildningshastigheter. Chartab förklarade att dessa nya data visar att ultraluminösa infraröda galaxer är i linje med det grundläggande metallicitetsförhållandet som bestäms av stjärnmassa, metallförekomst och stjärnbildningshastighet.
De nya uppgifterna visar vidare att undermängden av metaller som härrör från optiska emissionslinjer sannolikt beror på "tung dammobscuration i samband med starburst", enligt tidningen.
"Den här studien är ett exempel där det var avgörande för oss att använda denna infraröda våglängd för att få en fullständig förståelse för vad som händer i några av dessa galaxer," sa Cooray. "När de optiska observationerna till en början kom ut som antydde att dessa galaxer hade låga metaller, teoretiker gick och skrev artiklar, det fanns många simuleringar som försökte förklara vad som pågick. Folk tänkte, "Kanske är de verkligen lågmetallgalaxer." men vi fann att det inte var fallet. Att ha en fullständig bild av universum över hela det elektromagnetiska spektrumet är verkligen avgörande, tror jag." + Utforska vidare
