ESA's XMM-Newton heeft ontdekt dat gas dat op de loer ligt in de halo van de Melkweg veel hogere temperaturen bereikt dan eerder werd gedacht en een andere chemische samenstelling heeft dan voorspeld. ons begrip van ons galactische thuis uitdaagt.

Een halo is een uitgestrekt gebied van gas, sterren en onzichtbare donkere materie rond een melkwegstelsel. Het is een belangrijk onderdeel van een melkwegstelsel, het verbinden met een grotere intergalactische ruimte, en wordt dus verondersteld een belangrijke rol te spelen in de galactische evolutie.

Tot nu, men dacht dat de halo van een melkwegstelsel heet gas bevatte bij een enkele temperatuur, waarbij de exacte temperatuur van dit gas afhankelijk is van de massa van de melkweg.

Echter, een nieuwe studie met behulp van ESA's XMM-Newton röntgenruimteobservatorium laat nu zien dat de halo van de Melkweg niet één maar drie verschillende componenten van heet gas bevat, waarvan de heetste een factor tien heter is dan eerder werd gedacht. Dit is de eerste keer dat meerdere gascomponenten die op deze manier zijn gestructureerd zijn ontdekt, niet alleen in de Melkweg, maar in elk sterrenstelsel.

"We dachten dat de gastemperaturen in galactische halo's varieerden van ongeveer 10.000 tot een miljoen graden, maar het blijkt dat een deel van het gas in de halo van de Melkweg een verzengende 10 miljoen graden kan bereiken, " zei Sanskriet Das, een afgestudeerde student aan de Ohio State University, ONS., en hoofdauteur van de nieuwe studie.

"Terwijl we denken dat gas wordt verwarmd tot ongeveer een miljoen graden als een melkwegstelsel in eerste instantie wordt gevormd, we weten niet zeker hoe dit onderdeel zo heet is geworden. Het kan te wijten zijn aan winden die afkomstig zijn van de schijf van sterren in de Melkweg."

Het onderzoek maakte gebruik van een combinatie van twee instrumenten aan boord van de XMM-Newton:de Reflection Grating Spectrometer (RGS) en de European Photon Imaging Camera (EPIC). EPIC werd gebruikt om het door de halo uitgestraalde licht te bestuderen, en RGS om te bestuderen hoe de halo het licht dat er doorheen gaat beïnvloedt en absorbeert.

Om de halo van de Melkweg in absorptie te onderzoeken, Sanskriti en collega's observeerden een object dat bekend staat als een blazar:het zeer actieve, energetische kern van een verre melkweg die intense lichtstralen uitstraalt.

Na bijna vijf miljard lichtjaar door de kosmos te hebben gereisd, het röntgenlicht van deze blazar ging ook door de halo van ons melkwegstelsel voordat het de XMM-Newton-detectoren bereikte, en bevat dus aanwijzingen over de eigenschappen van dit gasvormige gebied.

In tegenstelling tot eerdere röntgenonderzoeken van de halo van de Melkweg, die normaal een dag of twee duren, het team heeft gedurende drie weken observaties uitgevoerd, waardoor ze signalen kunnen detecteren die meestal te zwak zijn om te zien.

"We analyseerden het licht van de blazar en richtten ons op zijn individuele spectrale handtekeningen:de kenmerken van het licht dat ons kan vertellen over het materiaal waar het doorheen is gegaan op weg naar ons, " zei co-auteur Smita Mathur, ook van de Ohio State University, en Sanskriti's adviseur.

"Er zijn specifieke kenmerken die alleen bestaan ​​bij specifieke temperaturen, dus we waren in staat om te bepalen hoe heet het halogas moet zijn geweest om het blazar-licht te beïnvloeden zoals het deed."

De hete halo van de Melkweg is ook aanzienlijk verbeterd met elementen die zwaarder zijn dan helium, die gewoonlijk worden geproduceerd in de latere stadia van het leven van een ster. Dit geeft aan dat de halo materiaal heeft ontvangen dat door bepaalde sterren is gemaakt tijdens hun leven en eindstadium, en de ruimte in geslingerd als ze sterven.

"Tot nu, wetenschappers hebben vooral naar zuurstof gezocht, omdat het overvloedig is en dus gemakkelijker te vinden is dan andere elementen, " voegde Sanskriti toe. "Onze studie was gedetailleerder:we keken niet alleen naar zuurstof maar ook naar stikstof, neon en ijzer, en vond een aantal enorm interessante resultaten."

Wetenschappers verwachten dat de halo elementen bevat in vergelijkbare verhoudingen als die in de zon. Echter, Sanskriti en collega's merkten minder ijzer in de halo op dan verwacht, wat aangeeft dat de halo is verrijkt met massieve stervende sterren, en ook minder zuurstof, waarschijnlijk doordat dit element wordt opgenomen door stofdeeltjes in de halo. "Dit is echt spannend - het was volkomen onverwacht, en vertelt ons dat we nog veel te leren hebben over hoe de Melkweg is geëvolueerd tot de melkweg die het nu is, ’ voegde Sanskriet eraan toe.

De nieuw ontdekte component van heet gas heeft ook bredere implicaties die van invloed zijn op ons algemene begrip van de kosmos. Ons sterrenstelsel bevat veel minder massa dan we verwachten:dit staat bekend als het "missing matter problem, " in die zin dat wat we waarnemen niet overeenkomt met theoretische voorspellingen.

Uit het in kaart brengen van de kosmos op lange termijn, ESA's Planck-ruimtevaartuig voorspelde dat iets minder dan 5% van de massa in het heelal zou moeten bestaan ​​in de vorm van "normale" materie - het soort waaruit sterren bestaan, sterrenstelsels, planeten, enzovoort.

"Echter, als we alles optellen wat we zien, ons cijfer komt niet in de buurt van deze voorspelling, " voegde co-auteur Fabrizio Nicastro van Osservatorio Astronomico di Roma-INAF toe, Italië, en het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, V.S. "Dus waar is de rest? Sommigen suggereren dat het zich kan verbergen in de uitgestrekte en massieve halo's rondom sterrenstelsels, maken onze bevinding echt spannend."

Aangezien dit hete onderdeel van de halo van de Melkweg nog nooit eerder is gezien, het kan in eerdere analyses over het hoofd zijn gezien - en kan dus een grote hoeveelheid van deze 'ontbrekende' materie bevatten.

"Deze waarnemingen bieden nieuwe inzichten in de thermische en chemische geschiedenis van de Melkweg en zijn halo, en onze kennis uitdagen over hoe sterrenstelsels ontstaan ​​en evolueren, ", zegt ESA XMM-projectwetenschapper Norbert Schartel.

"De studie keek naar de halo langs één zichtlijn - die richting de blazar - dus het zal enorm opwindend zijn om toekomstig onderzoek hiernaar te zien uitbreiden."