XMM-Newton opdager brændende gas i Milky Ways-glorien

ESA's XMM-Newton har opdaget, at gas, der lurer i Mælkevejens glorie, når langt varmere temperaturer end tidligere antaget og har en anden kemisk sammensætning end forudsagt, udfordrer vores forståelse af vores galaktiske hjem.

En halo er et stort område af gas, stjerner og usynligt mørkt stof omkring en galakse. Det er en nøglekomponent i en galakse, forbinder det med bredere intergalaktiske rum, og menes således at spille en vigtig rolle i galaktisk evolution.

Indtil nu, en galakses glorie blev anset for at indeholde varm gas ved en enkelt temperatur, med den nøjagtige temperatur af denne gas afhængig af galaksens masse.

Imidlertid, en ny undersøgelse, der bruger ESA's XMM-Newton røntgen-rumobservatorium, viser nu, at Mælkevejens glorie indeholder ikke én, men tre forskellige komponenter af varm gas, med den varmeste af disse en faktor ti varmere end tidligere antaget. Dette er første gang, at flere gaskomponenter struktureret på denne måde er blevet opdaget i ikke kun Mælkevejen, men i enhver galakse.

"Vi troede, at gastemperaturer i galaktiske haloer varierede fra omkring 10.000 til en million grader - men det viser sig, at noget af gassen i Mælkevejens glorie kan ramme 10 millioner grader, " sagde Sanskriti Das, en kandidatstuderende ved Ohio State University, OS., og hovedforfatter af den nye undersøgelse.

"Selvom vi tror, ​​at gas bliver opvarmet til omkring en million grader, når en galakse oprindeligt dannes, vi er ikke sikre på, hvordan denne komponent blev så varm. Det kan være på grund af vinde, der kommer fra skiven af ​​stjerner i Mælkevejen."

Undersøgelsen brugte en kombination af to instrumenter ombord på XMM-Newton:Reflection Grating Spectrometer (RGS) og European Photon Imaging Camera (EPIC). EPIC blev brugt til at studere lyset udsendt af haloen, og RGS for at studere, hvordan haloen påvirker og absorberer lys, der passerer gennem den.

For at undersøge Mælkevejens halo i absorption, Sanskriti og kolleger observerede et objekt kendt som en blazar:den meget aktive, energetisk kerne af en fjern galakse, der udsender intense lysstråler.

Efter at have rejst næsten fem milliarder lysår gennem kosmos, røntgenlyset fra denne blazar passerede også gennem vores galakses glorie, før det nåede XMM-Newtons detektorer, og har således spor om egenskaberne af denne gasformige region.

I modsætning til tidligere røntgenundersøgelser af Mælkevejens glorie, som normalt varer en dag eller to, holdet udførte observationer over en periode på tre uger, sætter dem i stand til at registrere signaler, der normalt er for svage til at se.

"Vi analyserede blazarens lys og nulstillede dens individuelle spektrale signaturer:lysets karakteristika, der kan fortælle os om det materiale, det har passeret igennem på vej til os, " sagde medforfatter Smita Mathur, også fra Ohio State University, og Sanskritis rådgiver.

"Der er specifikke signaturer, der kun eksisterer ved bestemte temperaturer, så vi var i stand til at bestemme, hvor varm halogassen må have været for at påvirke blazarlyset, som det gjorde."

Mælkevejens varme glorie er også væsentligt forbedret med grundstoffer, der er tungere end helium, som normalt produceres i de senere stadier af en stjernes liv. Dette indikerer, at glorie har modtaget materiale skabt af visse stjerner i løbet af deres levetid og sidste stadier, og slynget ud i rummet, mens de dør.

"Indtil nu, forskere har primært ledt efter ilt, da det er rigeligt og dermed lettere at finde end andre elementer, " tilføjede Sanskriti. "Vores undersøgelse var mere detaljeret:vi så på ikke kun ilt, men også nitrogen, neon og jern, og fandt nogle enormt interessante resultater."

Forskere forventer, at haloen indeholder elementer i samme forhold som dem, der ses i Solen. Imidlertid, Sanskriti og kolleger bemærkede mindre jern i glorien end forventet, hvilket indikerer, at glorien er blevet beriget af massive døende stjerner, og også mindre ilt, sandsynligvis på grund af, at dette element optages af støvede partikler i haloen. "Det her er virkelig spændende - det var fuldstændig uventet, og fortæller os, at vi har meget at lære om, hvordan Mælkevejen har udviklet sig til den galakse, den er i dag, " tilføjede Sanskriti.

Den nyligt opdagede varme gaskomponent har også bredere implikationer, der påvirker vores overordnede forståelse af kosmos. Vores galakse indeholder langt mindre masse, end vi forventer:dette er kendt som "problemet med manglende stof, "ved at det, vi observerer, ikke stemmer overens med teoretiske forudsigelser.

Fra sin langsigtede kortlægning af kosmos, ESA's Planck-rumfartøj forudsagde, at lige under 5% af massen i universet skulle eksistere i form af "normalt" stof - den slags, der udgør stjerner, galakser, planeter, og så videre.

"Imidlertid, når vi sammenlægger alt, hvad vi ser, vores figur er ikke i nærheden af ​​denne forudsigelse, " tilføjede medforfatter Fabrizio Nicastro fra Osservatorio Astronomico di Roma–INAF, Italien, og Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, U.S.. "Så hvor er resten? Nogle tyder på, at den måske gemmer sig i de udvidede og massive glorier omkring galakser, gør vores fund virkelig spændende."

Da denne varme komponent af Mælkevejens glorie aldrig er set før, den kan være blevet overset i tidligere analyser - og kan således indeholde en stor mængde af dette "manglende" stof.

"Disse observationer giver ny indsigt i Mælkevejens termiske og kemiske historie og dens halo, og udfordre vores viden om, hvordan galakser dannes og udvikler sig, " sagde ESA XMM-projektforsker Norbert Schartel.

"Undersøgelsen så på glorien langs den ene sigtelinje - det mod blazaren - så det bliver enormt spændende at se fremtidig forskning udvide på dette."