Linnunrata alkaa jo sulattaa Magellanin pilviä, alkaen niiden suojaavista kuuman kaasun haloista
Massiiviset galaksit, kuten Linnunrattamme, saavat massaa absorboimalla pienempiä galakseja. Suuri Magellanin pilvi ja Pieni Magellanin pilvi ovat epäsäännöllisiä kääpiögalakseja, jotka ovat painovoimaisesti sidottu Linnunrataan. Linnunradan painovoima vääristää molempia pilviä, ja tähtitieteilijät ajattelevat, että Linnunrata sulattaa molempia galakseja.
Uusi tutkimus kertoo, että prosessi on jo käynnissä ja että Linnunrata nauttii Magellanin pilvien kaasukehistä alkupalana ja luo Magellanic Stream -nimisen ominaisuuden syödessään. Se selittää myös 50 vuotta vanhan mysteerin: Miksi Magellanin virta on niin massiivinen?
The Magellanin pilvet ovat kiertäneet Linnunrataa miljardeja vuosia. Tämä vuorovaikutus on luonut massiivisen kaasuvirran, nimeltään Magellanin virta , Linnunradan hallitseva kaasumainen rakenne, joka ulottuu taivaan halki Pilviltä Linnunrataan. Emme näe sitä paljain silmin, mutta se on olemassa.
Mutta tiedemiehet ovat kamppailleet vastatakseen tähän virtaan liittyvään tärkeään kysymykseen: miksi se on niin massiivinen?
'Street on 50 vuoden palapeli.'
Andrew Fox, toinen kirjoittaja, STScI:n tähtitieteilijä
Tiedemiesryhmä luulee tietävänsä vastauksen. He esittelevät työtään uudessa lehdessä nimeltä ' Magellanin korona avaimena Magellanin virran muodostumiseen .” Se on julkaistu Nature-lehdessä, ja pääkirjoittaja on Scott Lucchini, UW-Madisonin fysiikan osaston jatko-opiskelija.
Magellanic Stream on korkeanopeuksinen kaasupilvi, joka ulottuu taivaalla. Se ulottuu yli 100 astetta suuresta ja pienestä Magellanin pilvestä Linnunradan etelänavan läpi. Se nähtiin ensimmäisen kerran vuonna 1965, ja sen nopeusmallit olivat erilaiset kuin Linnunradan. Aluksi tiedemiehet eivät ymmärtäneet, että sillä oli edes yhteyttä Magellanin pilviin. Tutkijat ajattelivat, että se oli vain a suuren nopeuden kaasupilvi . Suurinopeuksiset kaasupilvet ovat yleisiä Linnunradan halossa, ja itse asiassa Magellanin virtaa voidaan pitää näiden pilvien kokoelmana.
Tämä kuva esittää Magellanin pilvet, Magellanin virran ja Linnunradan. Se näyttää myös joitain muita ominaisuuksia, kuten Stream's Leading Arm ja Fermi Bubbles. Kuvan ansiot: NASA, ESA ja L. Hustak (STScI)
Keskeinen kysymys Magellanin virran ympärillä koskee sen massaa. Se on yli miljardi kertaa Aurinkoa massiivisempi, eivätkä tähtitieteilijät ole pystyneet selvittämään miksi.
'Nykyiset Magellanin virran muodostumismallit ovat vanhentuneita, koska ne eivät voi selittää sen massaa', sanoo Scott Lucchini , jatko-opiskelija UW-Madisonin fysiikan osastolla, paperin ensimmäinen kirjoittaja.
'Siksi keksimme uuden ratkaisun, joka selittää erinomaisesti virran massaa, joka on kiireellisin ratkaistava kysymys', lisää. Elena D'Onghia , tähtitieteen professori UW-Madisonissa, joka johti tutkimusta.
Tutkimuksen vasemmalla oleva kuva (a) on H1-dataa Magellanic Stream -virrasta. Väri ilmaisee kaasun nopeuden ja kirkkaus kaasun tiheyspylväät. (b) oikealla näyttää mallinnuksen tuloksen, mukaan lukien Magellanin korona ja Linnunradan kuuma korona. Se näyttää molempien pilvien nykyisen avaruudellisen sijainnin ja nopeuden sekä kaasun nopeusgradientin virtaa pitkin. Kuvan luotto: Lucchini et al, 2020.
Vanhemmat tähtitieteelliset mallit osoittivat, että Magellanin virta on seurausta painovoiman vuorovedestä ja galaksien työntämisestä ja vetämisestä. Kun Magellanin pilvet tulivat lähemmäksi Linnunrataa ja alkoivat kiertää, painovoima veti materiaalia suoraan Suuresta ja Pienestä Pilvistä muodostaen virran. Kuten kirjoittajat kirjoittavat artikkelissaan: 'Vaikka on pitkään epäilty, että vuorovesivoimat ja männän paineenpoisto myötävaikuttivat Magellanin virran muodostumiseen, mallit eivät ole kyenneet antamaan täydellistä käsitystä sen alkuperästä.'
Vanhemmat mallit olettivat, että virran kaasu tuli enimmäkseen Pienestä Magellanin pilvestä, koska sillä pilvellä ei ollut tarpeeksi painovoimaa säilyttääkseen kaasuaan. Nämä mallit onnistuivat osittain, sillä ne ennustivat Magellanin virran koon ja muodon. Mutta he eivät kyenneet selittämään massaa ja pystyivät selittämään vain kymmenesosan virran massasta. He eivät myöskään pystyneet selittämään virran pirstoutunutta rakennetta ja sitä, miksi molemmista pilvistä peräisin oleva kaasu oli läsnä Virossa.
Tässä on paikka galaktiset halot käy peremmälle.
Tähtitieteilijät ovat tienneet galaktisista haloista jo jonkin aikaa. Linnunradan kaltaisella galaksilla on massiivinen halo, joka ulottuu paljon sen spiraalimuodon ulkopuolelle. Halossa on kolme osaa: tähtien halo; kaasu korona; ja pimeän aineen halo. Tämä työ koskee kaasukoronaa, jota kutsutaan myös kaasuhaloksi.
Linnunradan kaltaisen galaksin rakenne. Kuvan luotto: K Brauer.
Tähtitieteilijät eivät ymmärtäneet, että Magellanin pilvet olivat tarpeeksi suuria, jotta niillä olisi omat pilvensä kaasuhalot . Se on viimeaikainen löytö, ja vanhemmat mallit ovat ennen tätä tietoa. D'Onghialle ja hänen tiimilleen se teki eron. He ymmärsivät, että näiden halojen läsnäolo muuttaisi dramaattisesti Magellanin virran muodostumista.
Pääkirjailija Scott Lucchini suoritti uusia tietokonesimulaatioita Magellanic Streamista. Hän jakoi Streamin luomisen kahteen ajanjaksoon.
Ensimmäisellä jaksolla Suuri ja Pieni Magellanin pilvet ovat kaukana Linnunradalta, mutta liikkuvat avaruuden halki yhdessä. Tänä aikana LMC vetää kaasua pois SMC:stä miljardien vuosien aikana. Tämä varastettu kaasu muodostaisi myöhemmin 10–20 prosenttia Magellanin virtauksesta.
Sitten tuli toinen ajanjakso, jolloin Pilvet olivat lähempänä Linnunrataa ja alkoivat kiertää sitä. Tuona aikana Linnunrata alkoi vetää materiaalia Pilvien kaasukoronasta ja loi Magellanin virran valtavan kaaren.
'Tämä työ määrittelee uudelleen ymmärryksemme siitä, kuinka kaasu kerääntyy Linnunradalle ja muodostaa säiliön tulevalle tähtien muodostukselle.'
Toinen kirjoittaja Joss Bland-Hawthorn, johtaja, Sydney Institute for Astronomy.
Tämä uusi malli selittää paljon paremmin Magellanic Streamin massan. Mutta se menee vielä pidemmälle. Se selittää paremmin Streamin filamenttimaista muotoa ja näyttää, kuinka Stream koostuu enimmäkseen energisemästä ionisoidusta kaasusta ionisoimattoman sijaan.
Tämä tutkimuksen kuva osoittaa, kuinka neljä eri mallia pinoutuvat tuottamaan Magellanic Streamin havaitun massan, joka on noin 1,3 oikeanpuoleisella asteikolla. Vasemmalla on massabudjetti Leading Armille ja oikealla on massabudjetti perässä olevalle streamille. Viron molemmissa osissa kolme ensimmäistä mallia eivät ota huomioon kokonaismassaa. Oikeanpuoleisin palkki kummallakin sivulla edustaa uudempaa mallia, joka sopii hyvin virran massan mittauksiin. Kuvan luotto: Lucchini et al, 2020.
Ehkä vielä tärkeämpää, se selittää tähtien puutteen Streamissä. Koska virran muodostava materiaali on peräisin kaasukoronasta eikä Magellanin pilvien pääkappaleesta, tähtiä ei ole. Nämä simulaatiotulokset ovat myös joidenkin kanssa samaa mieltä aikaisempi tutkimus , joka osoittaa, että Magellanin virran johtovarren materiaali on pääasiassa peräisin pienestä Magellanin pilvestä. LMC olisi ottanut materiaalin SMC:stä ensimmäisessä vaiheessa ja sitten johtovarteen.
Tämä on mosaiikkikuva Linnunradan galaksin reunanäkymästä, joka katsoo kohti keskimyrskyä. Sen päälle on asetettu vaaleanpunaisia radioteleskooppikuvia venytetystä, kaaren muotoisesta Magellanin virtauksesta galaksin tason alapuolella ja silputusta, sirpaloituneesta johtovarresta, joka ylittää galaksin tason ja ulottuu sen yläpuolelle. Näitä kaasupilviä vedetään gravitaatiovoimalla erilleen kuin taffy pienestä ja suuresta Magellanin pilvestä – satelliittigalakseista Linnunradallemme –, jotka näyttävät kirkkailta kokkareilta kaasussa. Nasa/ESA:n Hubble-avaruusteleskooppi paljasti nauhamaisen Magellanin virran lähteen noin viisi vuotta sitten, ja sen havaittiin tulevan molemmista Magellanin pilvistä. Johtavan käsivarren lähde jäi kuitenkin mysteeriksi. Ryhmä havaitsi, että kaasu vastaa Pienen Magellanin pilven sisältöä. Kuvan ansiot: NASA, ESA, A. Fox (STScI), D. Nidever et al., NRAO/AUI/NSF ja A. Mellinger, Leiden-Argentine-Bonn (LAB) Survey, Parkes Observatory, Westerbork Observatory, Arecibo Observatory, ja A. Feild ( STScI )
'Virta on 50 vuoden arvoitus', sanoo Andrew Fox, yksi tutkimuksen tekijöistä ja tähtitieteilijä Hubble-avaruusteleskooppia operoivassa Space Telescope Science Institutessa. 'Meillä ei koskaan ollut hyvää selitystä siitä, mistä se tuli. Todella jännittävää on se, että olemme nyt lähestymässä selitystä.'
Työ ei kuitenkaan lopu tähän. Nyt kun simulaatiot ovat löytäneet mahdollisen selityksen Magellanin virran massalle, sitä voidaan testata havainnollisesti. Jos Magellanin pilviä ympäröi kaasukorona, Hubble-avaruusteleskoopin pitäisi pystyä näkemään sen ilmaisevat merkit. Se tekee sen tarkkailemalla taustakvasaarien UV-valoa.
'Magalaanin korona on yksiselitteisesti havaittavissa absorption kautta erittäin ionisoituneissa hiilen ja piin tiloissa (C IV ja Si IV) taivaalla lähellä LMC:tä sijaitsevien taustakvasaarien ultraviolettispektreissä', kirjoittajat kirjoittavat artikkelissaan. He lisäävät, että '...taustakvasaarit tarjoavat mahdollisuuden Magellanin koronan yksiselitteiseen havaitsemiseen, koska ne eivät ole saastuttamia LMC:n tähtienvälisestä materiaalista.'
Itse asiassa jotkut havainnot ovat jo vihjaneet Pilviä ympäröivän koronan olemassaolosta. Kun meillä on selkeämpi käsitys siitä, mitä etsiä koronan olemassaolon testaamiseksi, meidän pitäisi saada kattavampi kuva Linnunradasta ja sen galaktisesta ympäristöstä lähitulevaisuudessa.
'Tämä työ määrittelee uudelleen ymmärryksemme siitä, kuinka kaasu kerääntyy Linnunradalle ja muodostaa säiliön tulevalle tähtien muodostukselle', sanoo Joss Bland-Hawthorn, paperin toinen kirjoittaja ja Australian Sydney Institute for Astronomy -instituutin johtaja.
Lisää:
- Lehdistötiedote: Massiivinen halo selittää vihdoin Linnunradan ympärillä pyörivän kaasuvirran
- Uusi tutkimus: Magellanin korona avaimena Magellanin virran muodostumiseen
- Universumi tänään: Noin 3,5 miljoonaa vuotta sitten kaasuvirta Linnunradan ulkopuolella olisi valaisenut yötaivaan
- Universumi tänään: Nauti suurimmasta infrapunakuvasta, joka on koskaan otettu pienestä Magellanin pilvestä ilman kaikkea sitä ärsyttävää pölyä tiellä