Videnskabeligt rødt flag afslører nye spor om vores galakse

At finde ud af, hvor meget energi der gennemsyrer centrum af Mælkevejen - en opdagelse rapporteret i 3. juli-udgaven af ​​tidsskriftet Videnskabens fremskridt - kunne give nye spor til den grundlæggende kilde til vores galakse kraft, sagde L. Matthew Haffner fra Embry-Riddle Aeronautical University.

Mælkevejens kerne tromler med brint, der er blevet ioniseret, eller fjernet dens elektroner, så den får høj energi, sagde Haffner, assisterende professor i fysik og astronomi ved Embry-Riddle og medforfatter til Videnskabens fremskridt papir. "Uden en vedvarende energikilde, frie elektroner finder normalt hinanden og rekombinerer for at vende tilbage til en neutral tilstand på relativt kort tid, " forklarede han. "At være i stand til at se ioniseret gas på nye måder burde hjælpe os med at opdage den slags kilder, der kunne være ansvarlige for at holde al den gas i energi."

University of Wisconsin-Madison kandidatstuderende Dhanesh Krishnarao ("DK"), hovedforfatter af Videnskabens fremskridt papir, samarbejdet med Haffner og UW-Whitewater Professor Bob Benjamin - en førende ekspert i strukturen af ​​stjerner og gas i Mælkevejen. Før han kom til Embry-Riddle i 2018, Haffner arbejdede som forsker i 20 år ved UW, og han fortsætter med at tjene som hovedefterforsker for Wisconsin H-Alpha Mapper, eller WHAM, et teleskop baseret i Chile, der blev brugt til holdets seneste undersøgelse.

For at bestemme mængden af ​​energi eller stråling i centrum af Mælkevejen, forskerne måtte kigge gennem et slags laset støvdæksel. Pakket med mere end 200 milliarder stjerner, Mælkevejen rummer også mørke pletter af interstellart støv og gas. Benjamin tog et kig på to årtiers WHAM-data, da han så et videnskabeligt rødt flag - en ejendommelig form, der stak ud af Mælkevejens mørke, støvet center. Det mærkelige var ioniseret brintgas, som fremstår rødt, når det fanges gennem det følsomme WHAM-teleskop, og den bevægede sig i retning af Jorden.

Funktionens position - kendt af videnskabsmænd som "Tilted Disk", fordi den ser vippet ud sammenlignet med resten af ​​Mælkevejen - kunne ikke forklares med kendte fysiske fænomener såsom galaktisk rotation. Holdet havde en sjælden mulighed for at studere den fremspringende tilted disk, befriet fra sit sædvanlige plettede støvdæksel, ved at bruge optisk lys. Som regel, Vippeskiven skal studeres med infrarøde eller radiolysteknikker, som giver forskere mulighed for at foretage observationer gennem støvet, men begrænse deres evne til at lære mere om ioniseret gas.

"At være i stand til at foretage disse målinger i optisk lys gjorde det muligt for os at sammenligne Mælkevejens kerne med andre galakser meget lettere, " sagde Haffner. "Mange tidligere undersøgelser har målt mængden og kvaliteten af ​​ioniseret gas fra centrene af tusindvis af spiralgalakser i hele universet. For første gang, vi var i stand til direkte at sammenligne målinger fra vores galakse med den store befolkning."

Krishnarao udnyttede en eksisterende model til at forsøge at forudsige, hvor meget ioniseret gas der skulle være i det emitterende område, der havde fanget Benjamins øje. Rådata fra WHAM-teleskopet gjorde det muligt for ham at forfine sine forudsigelser, indtil holdet havde et nøjagtigt 3D-billede af strukturen. Sammenligning af andre farver af synligt lys fra brint, nitrogen og oxygen i strukturen gav forskerne yderligere fingerpeg om dens sammensætning og egenskaber.

Mindst 48 procent af brintgassen i Vippeskiven i midten af ​​Mælkevejen er blevet ioniseret af en ukendt kilde, holdet rapporterede. "Mælkevejen kan nu bruges til bedre at forstå dens natur, " sagde Krishnarao.

Den gasformige, ioniseret struktur ændres, når den bevæger sig væk fra Mælkevejens centrum, rapporterede forskere. Tidligere, videnskabsmænd kendte kun til den neutrale (ikke-ioniserede) gas placeret i denne region.

"Tæt på Mælkevejens kerne, "forklarede Krishnarao, "gas ioniseres af nydannede stjerner, men når du bevæger dig længere væk fra centrum, tingene bliver mere ekstreme, og gassen ligner en klasse af galakser kaldet LINERs, eller områder med lav ionisering (nuklear) emission."

Strukturen så ud til at bevæge sig mod Jorden, fordi den befandt sig i en elliptisk bane inde i Mælkevejens spiralarme, fandt forskere.

Galakser af LINER-typen såsom Mælkevejen udgør omkring en tredjedel af alle galakser. De har centre med mere stråling end galakser, der kun danner nye stjerner, dog mindre stråling end dem, hvis supermassive sorte huller aktivt forbruger en enorm mængde materiale.

"Før denne opdagelse af WHAM, Andromedagalaksen var den nærmeste LINER-spiral til os, " sagde Haffner. "Men det er stadig millioner af lysår væk. Med Mælkevejens kerne kun titusindvis af lysår væk, vi kan nu studere en LINER-region mere detaljeret. At studere denne udvidede ioniserede gas skulle hjælpe os med at lære mere om det nuværende og tidligere miljø i centrum af vores galakse."

Næste, forskere bliver nødt til at finde ud af kilden til energien i centrum af Mælkevejen. Being able to categorize the galaxy based on its level of radiation was an important first step toward that goal.

Now that Haffner has joined Embry-Riddle's growing Astronomy &Astrophysics program, he and his colleague Edwin Mierkiewicz, associate professor of physics, have big plans. "In the next few years, we hope to build WHAM's successor, which would give us a sharper view of the gas we study, " Haffner said. "Right now our map `pixels' are twice the size of the full moon. WHAM has been a great tool for producing the first all-sky survey of this gas, but we're hungry for more details now."

In separate research, Haffner and his colleagues earlier this month reported the first-ever visible-light measurements of "Fermi Bubbles"—mysterious plumes of light that bulge from the center of the Milky Way. That work was presented at the American Astronomical Society.