Vad ligger mellan galaxer?

Folk tänker ofta på rymden som "tomt" eller "vakuum", vilket innebär att det inte finns något där. Uttrycket "tomrum i rymden" hänvisar ofta till denna tomhet. Det visar sig dock att utrymmet mellan planeterna faktiskt är upptaget med asteroider och kometer och rymdamm. Hålrummen mellan stjärnorna i vår galax kan fyllas med klöviga gasmoln och andra molekyler. Men vad sägs om regionerna mellan galaxer? Är de tomma eller har de "grejer" i sig?

Svaret som alla förväntar sig, "ett tomt vakuum", är inte heller sant. Precis som resten av utrymmet har några "grejer" i det, så gör intergalaktiskt utrymme också. I själva verket används nu ordet "tomrum" normalt för gigantiska regioner där inga galaxer finns, men uppenbarligen fortfarande innehåller något slags ämne.

Vad ligger mellan vår galax och andra i universum, till exempel Sombrero, som visas här i en Hubble Space Telescope-vy? NASA / STScI

Så, vad är mellan galaxer? I vissa fall är det moln med varm gas som avges när galaxer samverkar och kolliderar. Det materialet "luras bort" från galaxerna av tyngdkraften, och ofta kolliderar det med annat material. Det avger strålning som kallas röntgenstrålar och kan detekteras med sådana instrument som Chandra X-Ray Observatory. Men inte allt mellan galaxer är hett. En del av det är ganska svagt och svårt att upptäcka och anses ofta vara kalla gaser och damm.

Hitta dimma mellan galaxer

Tack vare bilder och data tagna med ett specialiserat instrument som heter Cosmic Web Imager vid Palomar Observatory på 200-tums Hale-teleskopet vet astronomer nu att det finns mycket material i de stora rymden runt galaxerna. De kallar det "dim materia" eftersom det inte är ljust som stjärnor eller nebulosor, men det är inte så mörkt att det inte kan upptäckas. Cosmic Web Imager l (tillsammans med andra instrument i rymden) letar efter denna fråga i det intergalaktiska mediet (IGM) och diagram där det är mest rikligt och där det inte är.

Observera det intergalaktiska mediet 

Hur "ser" astronomer vad som finns där ute? Regionerna mellan galaxerna är naturligtvis mörka, eftersom det finns få eller inga stjärnor där ute för att lysa upp mörkret. Det gör dessa regioner svåra att studera i optiskt ljus (det ljus vi ser med våra ögon). Så astronomer tittar på ljus som strömmar genom intergalaktiska räckvidd och studerar hur det påverkas av sin resa.

Cosmic Web Imager är till exempel speciellt utrustad för att titta på ljuset som kommer från avlägsna galaxer och kvasarer när det strömmar genom detta intergalaktiska medium. När det ljuset sträcker sig, absorberas en del av det i gaserna i IGM. Dessa absorptioner visas som "stapeldiagram" svarta linjer i spektra som Imager producerar. De berättar för astronomer att smältningen av gaserna "där ute." Vissa gaser absorberar vissa våglängder, så om "diagrammet" visar luckor på vissa platser, berättar det för dem vilka gaser som finns där ute som gör det absorberande.

Intressant nog berättar de också en berättelse om förhållandena i det tidiga universum, om de föremål som fanns då och vad de gjorde. Spektra kan avslöja stjärnbildning, flödet av gaser från en region till en annan, dödsfall från stjärnor, hur snabba föremål rör sig, deras temperaturer och mycket mer. Bildmästaren "tar bilder" av IGM såväl som avlägsna objekt, på många olika våglängder. Det låter inte bara astronomer se dessa objekt utan de kan använda de data de skaffar för att lära sig om ett avlägset objekts sammansättning, massa och hastighet.

Probing the Cosmic Web

Astronomer är intresserade av den kosmiska "webben" av material som strömmar mellan galaxer och kluster. De frågar var det kommer ifrån, vart det är på väg, hur varmt det är och hur mycket det är av det.

De letar främst efter väte eftersom det är huvudelementet i rymden och avger ljus vid en specifik ultraviolett våglängd som kallas Lyman-alpha. Jordens atmosfär blockerar ljus vid ultravioletta våglängder, så Lyman-alfa observeras lättast från rymden. Det betyder att de flesta instrument som observerar det är över jordens atmosfär. De är antingen ombord på höghöjda ballonger eller i kretsande rymdskepp. Men ljuset från det mycket avlägsna universum som reser genom IGM har sina våglängder sträckta av universums expansion. det vill säga, ljuset anländer "rödförskjutet", vilket gör att astronomer kan upptäcka fingeravtrycket för Lyman-alfasignalen i ljuset de får via Cosmic Web Imager och andra markbaserade instrument.

De mest avlägsna galaxerna berättar om förhållandena i det avlägsna universum, tidigt i kosmisk historia. NASA, ESA, R. Windhorst (Arizona State University) och H. Yan (Spitzer Science Center, Caltech)

Astronomer har fokuserat på ljus från föremål som var aktiva tillbaka när galaxen bara var 2 miljarder år gammal. I kosmiska termer är det som att titta på universum när det var ett spädbarn. Vid den tiden brändes de första galaxerna av stjärnbildningen. Vissa galaxer började precis bildas och kolliderade med varandra för att skapa större och större stjärnstäder. Många "klatter" där ute visar sig vara dessa bara-börja-att-dra-sig-tillsammans-protokalaxer. Åtminstone en som astronomer har studerat visar sig vara ganska enorm, tre gånger större än Vintergalaxen (som i sig är cirka 100 000 ljusår i diameter). Imager har också studerat avlägsna kvasarer, som den som visas ovan, för att spåra deras miljöer och aktiviteter. Kvasarer är mycket aktiva "motorer" i galaxernas hjärtan. De drivs sannolikt av svarta hål, som gabbar upp överhettat material som avger stark strålning när det spiraler in i det svarta hålet. 

Duplicera framgång

Studien av intergalaktiska grejer fortsätter att utvecklas mycket som en detektivroman. Det finns många ledtrådar om vad som finns där ute, vissa bestämda bevis för att bevisa att det finns vissa gaser och damm, och mycket mer bevis att samla. Instrument som Cosmic Web Imager använder det de ser för att avslöja bevis för länge sedan händelser och föremål i ljuset som strömmar från de mest avlägsna sakerna i universum. Nästa steg är att följa beviset för att ta reda på exakt vad som finns i IGM och upptäcka ännu mer avlägsna föremål vars ljus kommer att belysa det. Det är en viktig del av att bestämma vad som hände i det tidiga universum, miljarder år innan vår planet och stjärna till och med fanns.