Astronomen van Harvard University hebben een monolithische, golfvormige gasvormige structuur - de grootste die ooit in onze melkweg is gezien - die bestaat uit onderling verbonden stellaire kraamkamers. De "Radcliffe-golf" genoemd ter ere van de thuisbasis van de samenwerking, het Radcliffe Institute for Advanced Study, de ontdekking transformeert een 150 jaar oud visioen van nabijgelegen stellaire kraamkamers als een uitdijende ring in een met een golvend, stervormend filament dat biljoenen mijlen boven en onder de galactische schijf reikt.

Het werk, gepubliceerd in Natuur op 7 januari, werd mogelijk gemaakt door een nieuwe analyse van gegevens van het Gaia-ruimtevaartuig van de European Space Agency, gelanceerd in 2013 met de missie om de positie nauwkeurig te meten, afstand, en beweging van de sterren. Het onderzoeksteam combineerde de supernauwkeurige gegevens van Gaia met andere metingen om een ​​gedetailleerde, 3D-kaart van interstellaire materie in de Melkweg, en merkte een onverwacht patroon op in de spiraalarm die zich het dichtst bij de aarde bevindt.

De onderzoekers ontdekten een lange, dunne structuur, ongeveer 9, 000 lichtjaar lang en 400 lichtjaar breed, met een golfachtige vorm, met een top van 500 lichtjaar boven en onder het middenvlak van de schijf van onze Melkweg. The Wave omvat veel van de sterrenkraamkamers waarvan eerder werd gedacht dat ze deel uitmaakten van "Gould's Belt", een band van stervormingsgebieden waarvan wordt aangenomen dat ze in een ring rond de zon zijn georiënteerd.

"Geen enkele astronoom had verwacht dat we naast een reus zouden wonen, golfachtige verzameling gas - of dat het de lokale arm van de Melkweg vormt, " zei Alyssa Goodman, de Robert Wheeler Willson hoogleraar toegepaste astronomie aan de Harvard University, onderzoeksmedewerker bij het Smithsonian Institution, en co-directeur van het Science Program aan het Radcliffe Institute of Advanced Study. "We waren compleet geschrokken toen we ons voor het eerst realiseerden hoe lang en recht de Radcliffe Wave is, er van bovenaf in 3D op neerkijken, maar hoe sinusoïdaal is het vanaf de aarde bekeken. Het bestaan ​​van de Golf dwingt ons om ons begrip van de 3D-structuur van de Melkweg te heroverwegen."

"Gould en Herschel hebben allebei heldere sterren waargenomen die zich vormden in een boog die op de lucht werd geprojecteerd, dus al heel lang mensen hebben geprobeerd erachter te komen of deze moleculaire wolken echt een ring in 3D vormen, " zei Joao Alves, hoogleraar stellaire astrofysica aan de Universiteit van Wenen en Radcliffe Fellow (2018-2019). "In plaats daarvan, wat we hebben waargenomen is de grootste coherente gasstructuur die we kennen in de melkweg, niet in een ring maar in een massale, golvend filament. De zon bevindt zich op zijn dichtstbijzijnde punt slechts 500 lichtjaar van de golf. Het is de hele tijd recht voor onze ogen geweest, maar we konden het tot nu toe niet zien."

De nieuwe, 3D-kaart toont onze galactische buurt in een nieuw licht, onderzoekers een herziene kijk op de Melkweg geven en de deur openen naar andere belangrijke ontdekkingen.

"We weten niet wat deze vorm veroorzaakt, maar het zou kunnen zijn als een rimpeling in een vijver, alsof er iets buitengewoon groots in onze melkweg is geland, " zei Alves. "Wat we wel weten, is dat onze zon een interactie aangaat met deze structuur. Het passeerde een festival van supernova's toen het 13 miljoen jaar geleden Orion overstak, en over nog eens 13 miljoen jaar zal het de structuur weer passeren, een beetje alsof we 'op de golf surfen'."

Een insider's kijk op de melkweg

Het ontwarren van structuren in de "stoffige" galactische omgeving waarin we zitten, is een langdurige uitdaging in de astronomie. In eerdere onderzoeken is de onderzoeksgroep van Douglas Finkbeiner, hoogleraar astronomie en natuurkunde aan Harvard, pionierde met geavanceerde statistische technieken om de 3D-verdeling van stof in kaart te brengen met behulp van uitgebreide onderzoeken van de kleuren van sterren. Gewapend met nieuwe gegevens van Gaia, Harvard-afgestudeerde studenten Catherine Zucker en Joshua Speagle hebben onlangs deze technieken uitgebreid, waardoor het vermogen van astronomen om afstanden tot stervormingsgebieden te meten drastisch wordt verbeterd. Dat werk, geleid door Zucker, wordt gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift .

"We vermoedden dat er grotere structuren zouden kunnen zijn die we gewoon niet in een context konden plaatsen. Dus, om een ​​nauwkeurige kaart van onze zonnewijk te maken, we combineerden waarnemingen van ruimtetelescopen zoals Gaia met astrostatistieken, data visualisatie, en numerieke simulaties." legde Zucker uit, die een NSF Graduate Fellow en Ph.D. kandidaat aan de Graduate School of Arts and Sciences van Harvard, gevestigd in de afdeling Astronomie van Harvard.

Zucker speelde een sleutelrol bij het samenstellen van de grootste catalogus ooit van nauwkeurige afstanden tot lokale sterrenkraamkamers - de basis voor de 3D-kaart die in het onderzoek werd gebruikt. Ze heeft zichzelf tot doel gesteld een nieuw beeld van het Melkwegstelsel te schilderen, dichtbij en veraf. "We hebben dit team samengebracht, zodat we verder konden gaan dan het verwerken en in tabelvorm brengen van de gegevens om het actief te visualiseren - niet alleen voor onszelf maar voor iedereen. Nu, we kunnen de Melkweg letterlijk met nieuwe ogen zien, " ze zei.

"Het bestuderen van stergeboorten wordt bemoeilijkt door onvolmaakte gegevens. We lopen het risico dat de details verkeerd zijn, want als je in de war bent over afstand, je bent in de war over de maat." zei Finkbeiner.

Goodman was het ermee eens, "Alle sterren in het heelal, inclusief onze zon, worden gevormd in dynamische, instorten, wolken van gas en stof. Maar bepalen hoeveel massa de wolken hebben, hoe groot ze zijn - is moeilijk geweest, omdat deze eigenschappen afhangen van hoe ver de cloud is verwijderd."

Een universum van gegevens

Volgens Goedman, wetenschappers bestuderen al meer dan honderd jaar dichte wolken van gas en stof tussen de sterren, inzoomen op deze regio's met een steeds hogere resolutie. Voor Gaia, er waren geen significante datasets die uitgebreid genoeg waren om de structuur van de melkweg op grote schaal te onthullen. Sinds de lancering in 2013 het ruimteobservatorium heeft metingen van de afstanden tot een miljard sterren in het Melkwegstelsel mogelijk gemaakt.

De stortvloed aan data van Gaia diende als het perfecte testbed voor innovatieve, nieuwe statistische methoden die de vorm van lokale stellaire kraamkamers onthullen en hun verband met de galactische structuur van de Melkweg. In deze op datawetenschap gerichte samenwerking de Finkbeiner, Alves, en Goodman-groepen werkten nauw samen. De Finkbeiner-groep ontwikkelde het statistische raamwerk dat nodig is om de 3D-verdeling van de stofwolken af ​​te leiden; de Alves-groep heeft diepgaande expertise over sterren bijgedragen, stervorming, en Gaia; en de Goodman-groep ontwikkelde de 3D-visualisaties en het analytische raamwerk, genaamd "lijm", waardoor de Radcliffe Wave kon worden gezien, verkend, en kwantitatief beschreven.