Astronomen hebben een enorme, gloeiende klodder gas in het verre heelal, zonder duidelijke krachtbron voor het licht dat het uitstraalt. Een "enorme Lyman-alfanevel" (ELAN) genoemd, het is de helderste en een van de grootste van deze zeldzame objecten, waarvan er slechts een handvol is waargenomen.

ELAN's zijn enorme klodders gas die sterrenstelsels in het intergalactische medium omringen en zich uitstrekken tussen sterrenstelsels. Men denkt dat ze deel uitmaken van het netwerk van filamenten die sterrenstelsels in een enorm kosmisch web met elkaar verbinden. Eerder ontdekte ELAN's worden waarschijnlijk verlicht door de intense straling van quasars, maar het is niet duidelijk waardoor het waterstofgas in de nieuw ontdekte nevel Lyman-alfa-straling uitzendt (een karakteristieke golflengte van licht dat wordt geabsorbeerd en uitgezonden door waterstofatomen).

De nieuw ontdekte nevel werd gevonden op een afstand van 10 miljard lichtjaar in het midden van een gebied met een buitengewone concentratie aan sterrenstelsels. Onderzoekers vonden deze enorme overdichtheid van vroege sterrenstelsels, een "protocluster" genoemd, " door middel van een nieuw onderzoeksproject onder leiding van Zheng Cai, een Hubble Postdoctoral Fellow aan UC Santa Cruz.

"Ons onderzoek was niet bedoeld om nevels te vinden. We zijn op zoek naar de meest overdichte omgevingen in het vroege heelal, de grote steden waar veel sterrenstelsels zijn, " zei Cai. "We vonden deze enorme nevel in het midden van de protocluster, in de buurt van de piekdichtheid."

Cai is de eerste auteur van een paper over de ontdekking die is geaccepteerd voor publicatie in de Astrofysisch tijdschrift en online beschikbaar op arxiv.org/abs/1609.04021. Zijn onderzoeksproject heet Mapping the Most Massive Overdensities Through Hydrogen (MAMMOTH), en de nieuw ontdekte ELAN staat bekend als MAMMOTH-1.

Coauteur J. Xavier Prochaska, hoogleraar astronomie en astrofysica aan de UC Santa Cruz, zei dat eerder ontdekte ELAN's zijn gedetecteerd in quasar-onderzoeken. In die gevallen, de intense straling van een quasar verlicht waterstofgas in de nevel, waardoor het Lyman-alfa-straling uitzendt. Prochaska's team ontdekte de eerste ELAN, genaamd de "Naaktslaknevel, " in 2014. MAMMOTH-1 is de eerste die niet wordt geassocieerd met een zichtbare quasar, hij zei.

"Het is extreem helder, en het is waarschijnlijk groter dan de Naaktslaknevel, maar er is niets anders zichtbaar behalve de vage vlek van een melkwegstelsel. Dus het is een geweldig energetisch fenomeen zonder een duidelijke krachtbron, ' zei Prochaska.

Even indrukwekkend is het enorme protocluster waarin het zich bevindt, hij zei. Protoclusters zijn de voorlopers van clusters van sterrenstelsels, die bestaan ​​uit honderden tot duizenden sterrenstelsels die door de zwaartekracht aan elkaar zijn gebonden. Omdat protoclusters over een veel groter deel van de hemel zijn verspreid, ze zijn veel moeilijker te vinden dan clusters van sterrenstelsels.

De protocluster die de MAMMOTH-1-nevel herbergt, is enorm, met een ongewoon hoge concentratie van sterrenstelsels in een gebied van ongeveer 50 miljoen lichtjaar in doorsnede. Omdat het zo ver weg is (10 miljard lichtjaar), astronomen kijken in feite terug in de tijd om de protocluster te zien zoals hij 10 miljard jaar geleden was, of ongeveer 3 miljard jaar na de oerknal, tijdens het hoogtepunt van de vorming van sterrenstelsels. Na nog 10 miljard jaar geëvolueerd te zijn, deze protocluster zou vandaag een volwassen cluster van melkwegstelsels zijn, misschien slechts een miljoen lichtjaar in doorsnede, ingestort tot een veel kleiner gebied, zei Prochaska.

Het standaard kosmologische model van structuurvorming in het universum voorspelt dat sterrenstelsels zijn ingebed in een kosmisch web van materie, waarvan het grootste deel onzichtbare donkere materie is. Het gas dat instort om sterrenstelsels en sterren te vormen, volgt de verspreiding van donkere materie en breidt zich voorbij de sterrenstelsels langs de filamenten van het kosmische web uit. De MAMMOTH-1-nevel lijkt een draadvormige structuur te hebben die overeenkomt met de verdeling van sterrenstelsels in de grootschalige structuur van de protocluster, het idee ondersteunen dat ELAN's verlichte segmenten van het kosmische web zijn, zei Cai.

"Uit de verdeling van sterrenstelsels kunnen we afleiden waar de filamenten van het kosmische web zijn, en de nevel is perfect uitgelijnd met die structuur, " hij zei.

Cai en zijn co-auteurs hebben verschillende mogelijke mechanismen overwogen die de Lyman-alfa-emissie vanuit de nevel zouden kunnen aandrijven. De meest waarschijnlijke verklaringen zijn straling of uitstroom van een actieve galactische kern (AGN) die sterk wordt verduisterd door stof, zodat alleen een zwakke bron te zien is die met de nevel wordt geassocieerd. Een AGN wordt aangedreven door een superzwaar zwart gat dat zich actief voedt met gas in het centrum van een melkwegstelsel, en het is meestal een extreem heldere lichtbron (quasars zijn de meest lichtgevende AGN's in zichtbaar licht).

De intense straling van een AGN kan het gas eromheen ioniseren (foto-ionisatie genoemd), en dit kan een mechanisme zijn dat aan het werk is in MAMMOTH-1. Wanneer geïoniseerd waterstof in de nevel recombineert, zou het Lyman-alfa-straling uitzenden. Een ander mogelijk mechanisme dat de Lyman-alpha-emissies aandrijft, is schokverwarming door een krachtige uitstroom van gas uit de AGN.

De onderzoekers beschreven verschillende bewijslijnen die het bestaan ​​van een verborgen AGN ondersteunen die de nevel van energie voorziet, inclusief de dynamiek van het gas en emissies van andere elementen dan waterstof, met name helium en koolstof.

"Het heeft alle kenmerken van een AGN, maar we zien niets in onze optische beelden. Ik verwacht dat er een quasar is die zo verduisterd is door stof dat het meeste van zijn licht verborgen is, ' zei Prochaska.