Een groep astronomen onder leiding van Crystal Martin en Stephanie Ho van de Universiteit van Californië, Santa Barbara, heeft een duizelingwekkende kosmische choreografie ontdekt tussen typische stervormende sterrenstelsels; hun koele halogas lijkt in de pas te lopen met de galactische schijven, in dezelfde richting draaien.

De onderzoekers gebruikten W. M. Keck Observatory om het allereerste directe waarnemingsbewijs te verkrijgen dat aantoont dat coroterend halogas niet alleen mogelijk is, maar gemeen. Hun bevindingen suggereren dat de wervelende gashalo uiteindelijk in de richting van de schijf zal draaien.

"Dit is een grote doorbraak in het begrijpen hoe galactische schijven groeien, " zei Martijn, Hoogleraar natuurkunde aan UC Santa Barbara en hoofdauteur van de studie. "Galaxies zijn omgeven door enorme gasreservoirs die zich tot ver buiten de zichtbare delen van sterrenstelsels uitstrekken. Tot nu toe, het is een mysterie gebleven hoe dit materiaal precies naar galactische schijven wordt getransporteerd waar het de volgende generatie stervorming kan voeden."

De studie is gepubliceerd in het huidige nummer van de Astrofysisch tijdschrift en toont de gecombineerde resultaten van 50 standaard stervormende sterrenstelsels, genomen over een periode van meerdere jaren.

Bijna een decennium geleden, theoretische modellen voorspelden dat het impulsmoment van het draaiende koele halogas gedeeltelijk de zwaartekracht compenseert die het naar de melkweg trekt, waardoor de gasaangroeisnelheid wordt vertraagd en de periode van schijfgroei wordt verlengd.

De resultaten van het team bevestigen deze theorie, die laten zien dat het impulsmoment van het halogas hoog genoeg is om de invalsnelheid te vertragen, maar niet zo hoog dat de voeding van de galactische schijf volledig wordt stopgezet.

Methodologie

De astronomen verkregen eerst spectra van heldere quasars achter stervormende sterrenstelsels om het onzichtbare halogas te detecteren aan de hand van zijn absorptielijnsignatuur in de quasar-spectra. Volgende, de onderzoekers gebruikten Keck Observatory's laser guide star adaptive optics (LGSAO) systeem en bijna-infraroodcamera (NIRC2) op de Keck II-telescoop, samen met de Wide Field Camera 3 (WFC3) van de Hubble Space Telescope, om beelden met een hoge resolutie van de sterrenstelsels te verkrijgen.

"Wat dit werk onderscheidt van eerdere studies, is dat ons team de quasar ook gebruikte als referentie 'ster' voor Keck's laserguide star AO-systeem, " zei co-auteur Ho, een afgestudeerde natuurkundestudent aan UC Santa Barbara. "Deze methode verwijderde de vervaging veroorzaakt door de atmosfeer en produceerde de gedetailleerde beelden die we nodig hadden om de galactische schijven op te lossen en geometrisch de oriëntatie van de galactische schijven in de driedimensionale ruimte te bepalen."

Het team heeft vervolgens de Doppler-verschuivingen van de gaswolken gemeten met behulp van de Low Resolution Imaging Spectrometer (LRIS) bij Keck Observatory, evenals het verkrijgen van spectra van Apache Point Observatory. Hierdoor konden de onderzoekers bepalen in welke richting het gas draait en hoe snel. De gegevens bewezen dat het gas in dezelfde richting draait als de melkweg, en het impulsmoment van het gas is niet sterker dan de zwaartekracht, wat betekent dat het gas in de galactische schijf zal spiraliseren.

"Net zoals schaatsers momentum opbouwen en draaien wanneer ze hun armen naar binnen brengen, het halo-gas draait vandaag waarschijnlijk omdat het ooit op veel grotere afstanden was waar het werd afgezet door galactische winden, ontdaan van satellietstelsels, of gericht op de melkweg door een kosmische gloeidraad, " zei Martijn.

Volgende stappen

De volgende stap voor Martin en haar team is het meten van de snelheid waarmee het halogas in de galactische schijf wordt getrokken. Het vergelijken van de instroomsnelheid met de stervormingssnelheid zal een betere tijdlijn opleveren van de evolutie van normale stervormende sterrenstelsels, en leg uit hoe galactische schijven blijven groeien over zeer lange tijdschalen die miljarden jaren beslaan.