Огромные облака водорода, окружающие удаленные галактики, оказались не редкостью в космосе, вопреки прежним представлениям. Около половины из них окружены обширными, светящимися структурами, которые ранее были труднодоступны для наблюдений. Изучение этих образований способствует пониманию процессов роста галактик и звездообразования, а также формированию обширной сети вещества во Вселенной.
В ранней Вселенной галактики испускают интенсивную линию Лайман-альфа (Ly-α) — излучение, которое возникает в процессе нагрева и последующего остывания водородного газа, окружающего галактики. При восстановлении атома происходит излучение ультрафиолетового света, служащего своеобразным сигналом для обнаружения удаленных галактик. Из-за расширения Вселенной это излучение сдвигается в видимую область спектра и становится одним из ключевых методов поиска.
Анализ данных, полученных за последние десятилетия, выявил, что вокруг некоторых из них формируются обширные туманности из светящегося газа, известные как Ly-α-гало и Ly-α-облака. Их размеры могут простираться на десятки и сотни килопарсек. Ранее считалось, что эти образования, напоминающие «космические амебы», являются результатом вспышек звездообразования, активности галактических ядер или притока газа к темным гало. Однако, исследования ранее фокусировались на отдельных, наиболее ярких объектах или ограниченных группах, что не позволяло определить степень распространенности подобных структур.
Международная команда астрономов во главе с Эрин Ментуч Купер, сотрудницей Техасского университета в Остине (США), проанализировала данные, полученные в рамках проекта HETDEX— один из масштабных проектов по изучению ночного неба, направленный на наблюдение за галактиками, существовавшими в эпоху космического полумрака (около 10-11 миллиардов лет назад). В то время интенсивность звездообразования во Вселенной достигала своего пика.
Телескоп последовательно исследовал обширные области звездного неба, не выбирая конкретные объекты, благодаря чему удалось получить уникальный объем данных. В ходе работы было проанализировано 70 тысяч галактик, испускающих излучение Ly-α, для каждой из которых создана карта, отображающая распределение света. Такой метод позволил установить, локализован ли источник излучения или же он простирается на значительные расстояния за пределы галактики.
Для различения подлинных протяженных структур и эффектов атмосферного размытия, астрономы использовали двухкомпонентную модель, включающую яркий центральный источник и слабо выраженный «ореол», экспоненциально затухающий от центра. Объекты, для которых добавление второго статистического компонента позволяло более точно воспроизвести наблюдаемые данные, рассматривались как окруженные протяженной туманностью. В результате, авторы научной работы, представленной в The Astrophysical Journal, провели первое по-настоящему массовое измерение размеров и свойств этих облаков.
Анализ выявил, что около 47,5% изученных галактик демонстрируют выраженное протяженное излучение. Это говорит о том, что гигантские водородные оболочки – это не редкость, а весьма обычная характеристика галактик. В итоге ученые составили каталог, содержащий сведения о 33 тысячах обнаруженных туманностей.
Имеющиеся методы измерений систематически давали заниженные значения яркости галактик, приблизительно на 30 процентов. Это связано с тем, что существенная доля света приходится на слабое внешнее гало. Соответственно, прежние расчеты энергии и газовых потоков во Вселенной могли оказаться неточными.
Более того, только 12 процентов подобных туманностей ассоциируются с активными сверхмассивными черными дырами, в то время как подавляющее большинство формируется вблизи обычных галактик, где происходит звездообразование. Это говорит о том, что обширный водородный газ является ключевым элементом галактической среды, а не случайным следствием активности центра галактики. Ученые также высказали предположение, что светящиеся облака возникают благодаря ряду факторов: рассеянию фотонов, излучению самого газа и охлаждению вещества, притягиваемого вдоль волокон космической паутины.
Основной итог исследования заключается в объединении двух ранее отличных друг от друга типов объектов: компактных гало и гигантских облаков. В настоящее время их рассматривают как звенья единой цепи явлений, демонстрирующих взаимодействие галактик с окружающей межгалактической средой.
Составленный каталог объектов послужит основой для дальнейших исследований, направленных на изучение процессов, благодаря которым галактики получают ресурсы для формирования звезд, и того, как возникла крупномасштабная структура Вселенной.