Soms zijn er veel bomen nodig om het bos te zien. In het geval van de laatste ontdekking gedaan door astronomen aan de Universiteit van Arizona, precies 732, 225. Behalve dat in dit geval, het "bos" is een sluier van diffuus waterstofgas die de Melkweg omhult, en elke "boom" is een ander sterrenstelsel dat is waargenomen met de 2,5-meter telescoop van de Sloan Digital Sky Survey.

Na het combineren van dit duizelingwekkende aantal spectra - geregistreerde patronen van golflengten die aanwijzingen onthullen over de aard van een kosmisch doel - rapporteren UA-astronomen Huanian Zhang en Dennis Zaritsky de eerste detecties van diffuus waterstof dat rondzweeft in een enorme halo rond de Melkweg. Zo'n halo was gepostuleerd op basis van wat astronomen wisten over andere sterrenstelsels, maar nooit direct waargenomen.

Astronomen weten al lang dat de meest opvallende kenmerken van een typisch spiraalstelsel zoals onze Melkweg - een centrale uitstulping omringd door een schijf en spiraalarmen - slechts het kleinste deel van zijn massa uitmaken. Het grootste deel van de ontbrekende massa ligt vermoedelijk in de zogenaamde donkere materie, een gepostuleerde maar nog niet direct waargenomen vorm van materie waarvan wordt aangenomen dat deze verantwoordelijk is voor de meerderheid van de materie in het universum. Donkere materie zendt geen enkele vorm van elektromagnetische straling uit, noch interageert het met "normale" materie (die astronomen baryonische materie noemen), en is daarom onzichtbaar en niet detecteerbaar door directe beeldvorming.

Men denkt dat de donkere materie van een typisch melkwegstelsel zich bevindt in een min of meer bolvormige halo die zich 10 tot 30 keer verder uitstrekt dan de afstand tussen het centrum van ons melkwegstelsel en de zon, volgens Zaritsky, een professor in de UA's Department of Astronomy en adjunct-directeur van de UA's Steward Observatory.

"We leiden het bestaan ​​​​ervan af door dynamische simulaties van sterrenstelsels, " legt Zaritsky uit. "En omdat de verhouding tussen normale materie en donkere materie nu heel goed bekend is, bijvoorbeeld door de kosmische microgolfachtergrond te meten, we hebben een vrij goed idee van hoeveel baryonische materie in de halo zou moeten zijn. Maar als we alle dingen toevoegen die we met onze instrumenten kunnen zien, we krijgen maar ongeveer de helft van wat we verwachten, dus er moet veel baryonische materie wachten om gedetecteerd te worden."

Door zo'n groot aantal spectra te combineren, Zaritsky en Zhang, een postdoctoraal onderzoeker bij de afdeling Sterrenkunde/Steward Observatory, bedekte een groot deel van de ruimte rond de Melkweg en ontdekte dat diffuus waterstofgas de hele melkweg overspoelt, die een groot deel van de baryonische massa van de melkweg zou uitmaken.

"Het is alsof je door een sluier tuurt, "Zei Zaritsky. "We zien diffuse waterstof in elke richting waarin we kijken."

Hij wees erop dat dit niet de eerste keer is dat gas wordt gedetecteerd in halo's rond sterrenstelsels, maar in die gevallen de waterstof is in een andere fysieke staat.

"Er zijn wolkjes waterstof in de halo van de melkweg, waarvan we al heel lang weten, hogesnelheidswolken genoemd, "Zei Zaritsky. "Die zijn ontdekt door middel van radio-observaties, en het zijn echt wolken - je ziet een rand, en ze gaan verhuizen. Maar de totale massa daarvan is klein, dus ze konden niet de dominante vorm van waterstof in de halo zijn."

Aangezien het observeren van ons eigen melkwegstelsel een beetje lijkt op proberen te zien hoe een onbekend huis eruitziet terwijl je in een kamer binnen zit, astronomen vertrouwen op computersimulaties en observaties van andere sterrenstelsels om een ​​idee te krijgen van hoe de Melkweg eruit zou kunnen zien voor een buitenaardse waarnemer op miljoenen lichtjaren afstand.

Voor hun studie gepland voor voortijdige online publicatie op Natuurastronomie 's website op 18 april, de onderzoekers doorzochten de openbare databases van de Sloan Digital Sky Survey en zochten naar spectra die door andere wetenschappers van sterrenstelsels buiten onze Melkweg waren genomen in een smalle spectraallijn die waterstof-alfa wordt genoemd. Het zien van deze lijn in een spectrum vertelt over de aanwezigheid van een bepaalde staat van waterstof die verschilt van de overgrote meerderheid van waterstof die in het universum wordt gevonden.

Anders dan op aarde, waar waterstof voorkomt als een gas bestaande uit moleculen van twee waterstofatomen die aan elkaar zijn gebonden, waterstof bestaat als enkele atomen in de ruimte, en die kunnen positief of negatief geladen zijn, of neutraal. Neutrale waterstof vormt een kleine minderheid in vergelijking met zijn geïoniseerde (positieve) vorm, die meer dan 99,99 procent van het gas vormt dat de intergalactische golven van het universum overspant.

Tenzij neutrale waterstofatomen door iets worden bekrachtigd, ze zijn uiterst moeilijk te detecteren en blijven daarom onzichtbaar voor de meeste observatiebenaderingen, daarom was hun aanwezigheid in de halo van de Melkweg tot nu toe aan astronomen ontgaan. Zelfs in andere sterrenstelsels, halo's zijn moeilijk vast te pinnen.

"Je ziet niet alleen een mooie afbeelding van een halo rond een sterrenstelsel, "Zei Zaritsky. "We leiden de aanwezigheid van galactische halo's af uit numerieke simulaties van sterrenstelsels en uit wat we weten over hoe ze zich vormen en op elkaar inwerken."

Zaritsky legde uit dat op basis van die simulaties, wetenschappers zouden de aanwezigheid hebben voorspeld van grote hoeveelheden waterstofgas die zich ver van het centrum van de Melkweg uitstrekken, maar geassocieerd blijven met de melkweg, en de gegevens die in deze studie zijn verzameld, bevestigen de aanwezigheid van precies dat.

"Het gas dat we hebben gedetecteerd, doet niets opvallends, zei hij. "Het draait niet zo snel om aan te geven dat het bezig is om uit de melkweg te worden geslingerd, en het lijkt niet naar binnen te vallen in de richting van het galactische centrum, of."

Een van de uitdagingen in deze studie was om te weten of de waargenomen waterstof inderdaad in een halo buiten de Melkweg was, en niet alleen een deel van de galactische schijf zelf, zei Zaritsky.

"Als je overal dingen ziet, ze kunnen heel dicht bij ons zijn, of ze kunnen heel ver weg zijn, "zei hij. "Je weet het niet."

Het antwoord op deze vraag, te, was in de "bomen, " de meer dan 700, 000 spectrale analyses verspreid over de melkweg. Als het waterstofgas beperkt was tot de schijf van de melkweg, men zou verwachten dat ons zonnestelsel erin zou 'zweven' als een schip in een langzaam kolkende maalstroom, in een baan om het galactische centrum. En net als het schip dat met de stroom meedrijft, er zou heel weinig relatieve beweging worden verwacht tussen ons zonnestelsel en de oceaan van waterstof. Indien, anderzijds, het omringde het draaiende sterrenstelsel in een min of meer stationaire halo, de onderzoekers verwachtten dat waar ze ook keken, ze zouden een voorspelbaar patroon van relatieve beweging moeten vinden met betrekking tot ons zonnestelsel.

"Inderdaad, in een richting, we zien het gas op ons afkomen, en de tegenovergestelde richting, we zien het van ons weggaan, "Zei Zaritsky. "Dit vertelt ons dat het gas niet in de schijf van onze melkweg zit, maar moet in de halo zijn."

Volgende, de onderzoekers willen naar nog meer spectra kijken om de verdeling rond de lucht en de bewegingen van het gas in de halo beter in te perken. Ze zijn ook van plan om naar andere spectraallijnen te zoeken, die kan helpen om de fysieke toestand, zoals temperatuur en dichtheid van het gas, beter te begrijpen.