Projekt bringer Milky Ways ioniseret brint i fokus

Som en masse banebrydende videnskab, Wisconsin H-Alpha Mapper (WHAM) startede som en nysgerrig ung forsker's skovprojekt.

Savning af et hul i loftet på et kontor ved University of Wisconsin-Madison's Physical Sciences Laboratory i slutningen af ​​1970'erne, astrofysiker Ron Reynolds pegede et specialbygget spektrometer mod himlen for første gang og opdagede et hidtil ukendt træk ved Mælkevejen.

Overalt hvor han kiggede med sit nye teleskop, Reynolds observerede det svage røde skær fra ioniseret brintgas. Det var det første hårde bevis på, at enorme skyer af ioniseret brint - hydrogengasatomer strippet for elektroner - gennemtrænger rummet mellem stjernerne. "Ingen forventede at se ioniseret brint ude i midten af ​​ingenting, " sagde han i et interview fra 2004. "Det er overalt i himlen, men det er klarest i galaksens plan."

Bygger på de første bestræbelser på at pirre en ny og for det meste skjult funktion af vores galakse, Reynolds og hans kolleger, herunder Matt Haffner, en senior videnskabsmand i UW–Madisons astronomiafdeling, udviklet WHAM, et spektrometer, der er i stand til at detektere besvimelse, diffust lys, der kommer fra rummet mellem stjernerne. Instrumentet, støttet af National Science Foundation og drives af Space Science Institute i Boulder, Colorado, har været i næsten kontinuerlig drift de seneste 20 år. Det var først på toppen af ​​Kitt Peak i Arizona og derefter flyttet til Cerro Tololo i Chile, hvor den har observeret himlen på den sydlige halvkugle i omkring det sidste årti.

Denne sidste måned, Haffner, som overtog ledelsen af ​​WHAM ved Reynolds' pensionering i 2005, og hans kolleger frigav den dybeste, hidtil mest omfattende undersøgelse af det ioniserede brint, der gennemsyrer Mælkevejen. Nu kendt for astrofysikere som "Reynolds Layer" efter UW-Madison videnskabsmanden, der opdagede det, funktionen kortlagt af WHAM viser en enorm mængde ioniseret brint - en struktur 75, 000 lysår i diameter og 6, 000 lysår tykt – der både omslutter galaksens plan og roterer i takt med det.

"Det er lidt ligesom en galaktisk atmosfære, " siger Haffner. "Vi sporer den samme slags emission i den synlige del af spektret, der giver anledning til lyse tåger. Men over store dele af galaksen, det er bare meget, meget svag."

Ioniseret brint er en ingrediens i suppen af ​​grundstoffer, der udgør det, astronomer kalder det interstellare medium, den plettede blanding af støv og gas, der findes mellem stjernerne. Materialerne fundet der er en del af den store historie om galaktisk liv og død, siger Haffner, forklarer, at skyerne af materialer, der findes i det interstellare rum, kommer fra døde og døende stjerner og i sidste ende vil blive genbrugt til nye stjerner og planeter.

Sammensætningen og dynamikken i det interstellare medium, han siger, kan afsløre, hvordan en galakse udvikler sig over tid.

"Vores galakse er midaldrende, " siger Haffner. Middelalderen for en galakse betyder, at den ikke gennemgår de dramatiske ændringer, som typisk opleves af ældre eller yngre galakser. "I den form for stabil tilstand, hvordan fungerer alt?"

En kritisk indsigt afledt af WHAM er, at nogle stjerner kan være større skuespillere end tidligere antaget, udøver deres indflydelse på større afstande. Ioniserende brint eller ethvert andet grundstof kræver energi, og stjerner er kendt for at ionisere atomer i deres umiddelbare nabolag.

En af grundene til, at WHAM observerer så meget ioniseret brint i galaksens plan, er, at der bor masser af varme stjerner der. Hvad undrede astrofysikere, Haffner siger, er, hvordan skyer af ioniseret brint kan forekomme lysår over flyet.

"For at vi skal se denne emission overalt, gassen skal være aktivt ioniseret, " siger han. "Hvad er de energikilder, der holder det i gang?"

Hvad Haffner og andre videnskabsmænd tror, ​​der sker, er, at det, der er kendt som stjerner af O-typen - meget store, lyse og relativt kortlivede stjerner, der varierer i størrelse fra 15 til 90 gange solens masse og født dybt i galaksens plan - er på en eller anden måde i stand til at ionisere gas på tværs af galaksen, langt fra stjernernes planteskoler i sit plan. Bevis for denne idé blev leveret af WHAM-data, som i 2003 væltede forestillingen om, at ioniseret brint i galaksen kun forekom i det, der er kendt som Strömgren-sfærer, stjernetåger i umiddelbar nærhed af stjerner af O-typen.

WHAM kan en dag levere nok data til at opklare mysteriet om, hvordan brint i interstellare ørkener kan ioniseres, langt fra de stjerner, astronomerne mener, er ansvarlige. Den fortsætter sin undersøgelse af galaksen på hver klar, måneløs nat, stepping og indsamling af data i 30-sekunders eksponeringer på tværs af brede kvadranter af himlen.

For nylig, Haffner og hans kolleger har indsamlet data fra de magellanske skyer, to mindre nabogalakser, der er synlige fra den sydlige halvkugle. At have data fra galakser hinsides Mælkevejen, han siger, kan meget vel give indsigt i vores egen galakses gåder.