Astronomer frigiver et nyt kort over hele himmelen over Mælkevejenes yderområder

Astronomer, der bruger data fra NASA og ESA (European Space Agency) teleskoper, har udgivet et nyt himmelkort over det yderste område af vores galakse. Kendt som den galaktiske glorie, dette område ligger uden for de hvirvlende spiralarme, der danner Mælkevejens genkendelige centrale skive og er tyndt befolket med stjerner. Selvom glorie kan forekomme for det meste tom, det er også forudsagt at indeholde et massivt reservoir af mørkt stof, et mystisk og usynligt stof, der menes at udgøre hovedparten af ​​al massen i universet.

Dataene til det nye kort kommer fra ESA's Gaia-mission og NASA's Near Earth Object Wide Field Infrared Survey Explorer, eller IKKE, som fungerede fra 2009 til 2013 under betegnelsen WISE. Studiet, ledet af astronomer ved Center for Astrofysik | Harvard &Smithsonian og udgivet i dag i Natur , gør brug af data indsamlet af rumfartøjet mellem 2009 og 2018.

Det nye kort afslører, hvordan en lille galakse kaldet Den Store Magellanske Sky (LMC) - såkaldt fordi den er den største af to dværggalakser, der kredser om Mælkevejen - har sejlet gennem Mælkevejens galaktiske glorie som et skib gennem vand, dens tyngdekraft skaber et kølvand i stjernerne bagved. LMC ligger omkring 160, 000 lysår fra Jorden, og er mindre end en fjerdedel af Mælkevejens masse. Selvom de indre dele af haloen er blevet kortlagt med et højt niveau af nøjagtighed, dette er det første kort, der giver et lignende billede af haloens ydre områder, hvor kølvandet findes - omkring 200, 000 lysår til 325, 000 lysår fra det galaktiske centrum. Tidligere undersøgelser har antydet kølvandets eksistens, men himmelkortet bekræfter dets tilstedeværelse og giver et detaljeret billede af dets form, størrelse, og beliggenhed.

Denne forstyrrelse i haloen giver også astronomer mulighed for at studere noget, de ikke kan observere direkte:mørkt stof. Selvom det ikke udsender, afspejle, eller absorbere lys, gravitationspåvirkningen af ​​mørkt stof er blevet observeret over hele universet. Det menes at skabe et stillads, hvorpå galakser er bygget, sådan at uden det, galakser ville flyve fra hinanden, mens de snurrer. Mørkt stof anslås at være fem gange mere almindeligt i universet end alt det stof, der udsender eller interagerer med lys, fra stjerner til planeter til gasskyer.

Mens der er flere teorier om naturen af ​​mørkt stof, alle angiver, at det burde være til stede i Mælkevejens glorie. Hvis det er tilfældet, da LMC sejler gennem denne region, det burde også efterlade et vågeblus i det mørke stof. Det kølvand, der observeres i det nye stjernekort, menes at være omridset af dette mørke stofs kølvand; stjernerne er som blade på overfladen af ​​dette usynlige hav, deres position skifter med det mørke stof.

Samspillet mellem det mørke stof og den store magellanske sky har store konsekvenser for vores galakse. Mens LMC kredser om Mælkevejen, det mørke stofs tyngdekraft trækker på LMC'en og bremser den. Dette vil få dværggalaksens kredsløb til at blive mindre og mindre, indtil galaksen endelig kolliderer med Mælkevejen om cirka 2 milliarder år. Disse typer fusioner kan være en vigtig drivkraft i væksten af ​​massive galakser på tværs af universet. Faktisk, astronomer tror, ​​at Mælkevejen smeltede sammen med en anden lille galakse for omkring 10 milliarder år siden.

"Denne frarøvning af en mindre galakse energi er ikke kun grunden til, at LMC smelter sammen med Mælkevejen, men også hvorfor alle galaksefusioner sker, " sagde Rohan Naidu, en kandidatstuderende i astronomi ved Harvard University og medforfatter til det nye papir. "Kølvandet på vores kort er en virkelig pæn bekræftelse af, at vores grundlæggende billede for, hvordan galakser smelter sammen, er på punkt!"

En sjælden mulighed

Forfatterne af papiret tror også, at det nye kort - sammen med yderligere data og teoretiske analyser - kan give en test for forskellige teorier om naturen af ​​mørkt stof, såsom om det består af partikler, som almindeligt stof, og hvad egenskaberne af disse partikler er.

"Du kan forestille dig, at kølvandet bag en båd vil være anderledes, hvis båden sejler gennem vand eller gennem honning, " sagde studie medforfatter Charlie Conroy, en professor ved Harvard University og astronom ved Center for Astrophysics. "I dette tilfælde, kølvandets egenskaber bestemmes af hvilken teori om mørkt stof vi anvender."

Conroy ledede holdet, der kortlagde positionerne for over 1, 300 stjerner i glorien. Udfordringen opstod i at forsøge at måle den nøjagtige afstand fra Jorden til en stor del af disse stjerner:Det er ofte umuligt at finde ud af, om en stjerne er svag og tæt på eller lys og langt væk. Holdet brugte data fra ESA's Gaia-mission, som angiver placeringen af ​​mange stjerner på himlen, men ikke kan måle afstande til stjernerne i Mælkevejens yderområder.

Efter at have identificeret stjerner, der sandsynligvis er placeret i glorie (fordi de ikke åbenlyst var inde i vores galakse eller i LMC), holdet ledte efter stjerner, der tilhører en klasse af kæmpestjerner, der har en specifik lys-"signatur", som NEOWISE kan påvise. At kende de grundlæggende egenskaber for de udvalgte stjerner gjorde det muligt for holdet at finde ud af deres afstand fra Jorden og oprette det nye kort. Den kortlægger en region, der starter omkring 200, 000 lysår fra Mælkevejens centrum, eller omkring hvor LMC's kølvandet blev forudsagt at begynde, og strækker sig omkring 125, 000 lysår ud over det.

Conroy og hans kolleger blev inspireret til at jage efter LMC's kølvand efter at have lært om et hold af astrofysikere ved University of Arizona i Tucson, som laver computermodeller, der forudsiger, hvordan mørkt stof i den galaktiske glorie skulle se ud. De to grupper arbejdede sammen om den nye undersøgelse. En af modellerne fra Arizona-teamet, som er i den nye undersøgelse, forudsagde den generelle struktur og specifikke placering af stjernevågen afsløret på det nye kort. Når dataene havde bekræftet, at modellen var korrekt, holdet var i stand til at bekræfte, hvad andre undersøgelser også har antydet:at LMC sandsynligvis er på sin første bane omkring Mælkevejen. Hvis den mindre galakse allerede havde lavet flere kredsløb, formen og placeringen af ​​kølvandet ville være væsentligt anderledes end det, der er blevet observeret. Astronomer tror, ​​at LMC er dannet i samme miljø som Mælkevejen og en anden nærliggende galakse, M31, og var på en meget lang første bane omkring vores galakse (ca. 13 milliarder år). Dens næste bane vil være meget kortere på grund af dens interaktion med Mælkevejen.

"At bekræfte vores teoretiske forudsigelse med observationsdata fortæller os, at vores forståelse af interaktionen mellem disse to galakser, inklusive det mørke stof, er på rette vej, " sagde University of Arizona doktorand i astronomi Nicolás Garavito-Camargo, der ledede arbejdet med den model, der blev brugt i papiret.

Det nye kort giver også astronomer en sjælden mulighed for at teste egenskaberne af det mørke stof (det fiktive vand eller honning) i vores egen galakse. I den nye undersøgelse, Garavito-Camargo og kolleger brugte en populær teori om mørkt stof kaldet koldt mørkt stof, der passer relativt godt til det observerede stjernekort. Nu kører University of Arizona-teamet simuleringer, der bruger forskellige teorier om mørkt stof, for at se, hvilken der bedst matcher kølvandet observeret i stjernerne.

"Det er et virkelig specielt sæt omstændigheder, der kom sammen for at skabe dette scenarie, der lader os teste vores teorier om mørkt stof, " sagde Gurtina Besla, en medforfatter til undersøgelsen og en lektor ved University of Arizona. "Men vi kan kun realisere den test med kombinationen af ​​dette nye kort og simuleringerne af mørkt stof, som vi byggede."