In een baanbrekende studie, wetenschappers die NASA's Hubble-ruimtetelescoop gebruiken, hebben de immense gasomhulling in kaart gebracht, een halo genoemd, rond de Andromeda-melkweg, onze dichtstbijzijnde grote galactische buur. Wetenschappers waren verrast toen ze ontdekten dat deze zwakke, bijna onzichtbare halo van diffuus plasma strekt zich 1,3 miljoen lichtjaar uit van de melkweg - ongeveer halverwege onze Melkweg - en tot 2 miljoen lichtjaar in sommige richtingen. Dit betekent dat Andromeda's halo al botst tegen de halo van ons eigen melkwegstelsel.

Ze ontdekten ook dat de halo een gelaagde structuur heeft, met twee geneste en verschillende gasschillen. Dit is de meest uitgebreide studie van een halo rond een melkwegstelsel.

"Het is enorm belangrijk om de enorme halo's van gas rondom sterrenstelsels te begrijpen, " verklaarde mede-onderzoeker Samantha Berek van de Yale University in New Haven, Connecticut. "Dit gasreservoir bevat brandstof voor toekomstige stervorming in de melkweg, evenals uitstroom van gebeurtenissen zoals supernova's. Het staat vol met aanwijzingen over de vroegere en toekomstige evolutie van de melkweg, en we zijn eindelijk in staat om het tot in detail te bestuderen in onze naaste galactische buur."

"We ontdekken dat de binnenschil die zich uitstrekt tot ongeveer een half miljoen lichtjaar veel complexer en dynamischer is, ", legt studieleider Nicolas Lehner van de Universiteit van Notre Dame in Indiana uit. "De buitenste schil is gladder en heter. Dit verschil is waarschijnlijk het gevolg van de impact van supernova-activiteit in de schijf van de melkweg die de binnenste halo directer beïnvloedt."

Een kenmerk van deze activiteit is de ontdekking door het team van een grote hoeveelheid zware elementen in de gasvormige halo van Andromeda. Zwaardere elementen worden in het binnenste van sterren gekookt en vervolgens in de ruimte uitgestoten - soms met geweld als een ster sterft. De halo wordt vervolgens verontreinigd met dit materiaal door stellaire explosies.

Het Andromeda-sterrenstelsel, ook bekend als M31, is een majestueuze spiraal van misschien wel 1 biljoen sterren en vergelijkbaar in grootte met onze Melkweg. Op een afstand van 2,5 miljoen lichtjaar, het is zo dicht bij ons dat het sterrenstelsel verschijnt als een sigaarvormige lichtvlek hoog aan de herfsthemel. Als de gasvormige halo met het blote oog kon worden bekeken, het zou ongeveer drie keer de breedte van de Grote Beer zijn. Dit zou gemakkelijk het grootste kenmerk aan de nachtelijke hemel zijn.

Via een programma genaamd Project AMIGA (Absorptiekaart van geïoniseerd gas in Andromeda), de studie onderzocht het licht van 43 quasars - de zeer verre, schitterende kernen van actieve sterrenstelsels aangedreven door zwarte gaten - ver buiten Andromeda. De quasars zijn verspreid achter de halo, waardoor wetenschappers meerdere regio's kunnen onderzoeken. Kijkend door de halo naar het licht van de quasars, het team observeerde hoe dit licht wordt geabsorbeerd door de Andromeda-halo en hoe die absorptie in verschillende regio's verandert. De immense Andromeda-halo is gemaakt van zeer ijl en geïoniseerd gas dat geen straling uitzendt die gemakkelijk waarneembaar is. Daarom, het traceren van de absorptie van licht afkomstig van een achtergrondbron is een betere manier om dit materiaal te onderzoeken.

De onderzoekers gebruikten het unieke vermogen van Hubble's Cosmic Origins Spectrograph (COS) om het ultraviolette licht van de quasars te bestuderen. Ultraviolet licht wordt geabsorbeerd door de atmosfeer van de aarde, waardoor het onmogelijk is om te observeren met telescopen op de grond. Het team gebruikte COS om geïoniseerd gas uit koolstof te detecteren, silicium, en zuurstof. Een atoom wordt geïoniseerd wanneer straling er een of meer elektronen van afhaalt.

De halo van Andromeda is eerder onderzocht door het team van Lehner. in 2015, ze ontdekten dat de Andromeda-halo groot en massief is. Maar er was weinig hint van de complexiteit ervan; nu, het is in meer detail in kaart gebracht, waardoor de grootte en massa veel nauwkeuriger worden bepaald.

"Eerder, er was heel weinig informatie - slechts zes quasars - binnen 1 miljoen lichtjaar van de melkweg. Dit nieuwe programma geeft veel meer informatie over dit binnengebied van Andromeda's halo, " verklaarde mede-onderzoeker J. Christopher Howk, ook van de Notre Dame. "Gas binnen deze straal is belangrijk, want het vertegenwoordigt iets van een zwaartekrachtssfeer van invloed voor Andromeda."

Omdat we in de Melkweg leven, wetenschappers kunnen de handtekening van de halo van onze eigen melkweg niet gemakkelijk interpreteren. Echter, ze geloven dat de halo's van Andromeda en de Melkweg erg op elkaar moeten lijken, omdat deze twee sterrenstelsels behoorlijk op elkaar lijken. De twee sterrenstelsels zijn op ramkoers, en zal over 4 miljard jaar samensmelten tot een gigantisch elliptisch sterrenstelsel.

Wetenschappers hebben gasvormige halo's van verder weg gelegen sterrenstelsels bestudeerd, maar die sterrenstelsels zijn veel kleiner aan de hemel, wat betekent dat het aantal achtergrondquasars dat helder genoeg is om hun halo te onderzoeken gewoonlijk slechts één per melkwegstelsel is. Ruimtelijke informatie gaat dus in wezen verloren. Met de nabijheid van de aarde, de gasvormige halo van Andromeda doemt groot op aan de hemel, waardoor een veel uitgebreidere steekproef mogelijk is.

"Dit is echt een uniek experiment, want alleen met Andromeda hebben we informatie over zijn halo langs niet alleen een of twee zichtlijnen, maar boven de 40, " legde Lehner uit. "Dit is baanbrekend voor het vastleggen van de complexiteit van een melkweghalo buiten onze eigen Melkweg."

In feite, Andromeda is het enige sterrenstelsel in het universum waarvoor dit experiment nu kan worden gedaan, en alleen met Hubble. Alleen met een voor ultraviolet gevoelige toekomstige ruimtetelescoop zullen wetenschappers in staat zijn om dit soort experimenten routinematig uit te voeren buiten de ongeveer 30 sterrenstelsels waaruit de Lokale Groep bestaat.

"Dus Project AMIGA heeft ons ook een glimp van de toekomst gegeven, ' zei Lehner.

De bevindingen van het team verschijnen in de editie van 27 augustus van Het astrofysische tijdschrift .