Astronomen van Harvard verklaren het mysterieuze kromtrekken van de Melkweg

Astronomen van Harvard suggereren dat de gedraaide vorm van de Melkweg te wijten is aan een onregelmatige halo van donkere materie. Dit ondersteunt theorieën over galactische botsingen uit het verleden en geeft inzicht in de aard van donkere materie. Credit: Stefan Payne-Wardenaar; Wolken van Magellan: Robert Gendler/ESO

De bevindingen van astronomen ondersteunen de hypothese van hoe ons sterrenstelsel is geëvolueerd.

de Melkweg Het wordt vaak afgebeeld als een platte, roterende schijf van stof, gas en sterren. Maar als je zou kunnen uitzoomen en een surroundbeeld zou kunnen maken, dan krijgt het eigenlijk een duidelijke kromming – alsof je een vinyl-LP probeert te draaien en buigen.

Hoewel wetenschappers uit observatiegegevens al lang weten dat de Melkweg vervormd is en dat de randen ervan uitwaaieren als een rok, heeft niemand kunnen verklaren waarom.

Ontdekkingen van astronomen van Harvard

En nu Harvard-astronomen van het Center for Astrophysics | Harvard en Smithsonian (CFA) voerden de eerste berekeningen uit die dit fenomeen volledig verklaren, met overtuigend bewijs dat erop wijst dat de Melkweg gehuld is in een onregelmatige halo van donkere materie. Dit werk bevordert ook het huidige denken over hoe de melkweg evolueert, en kan aanwijzingen geven voor enkele van de mysteries van donkere materie.

De galactische schijf van de Melkweg is gedraaid en gloeiend, vergelijkbaar met het sterrenstelsel ESO hier afgebeeld. NASA’s Hubble-ruimtetelescoop heeft dit ongewone sterrenstelsel in beeld gebracht, waarbij opmerkelijke details van de stoffige, kromgetrokken schijf werden onthuld en werd getoond hoe botsende sterrenstelsels nieuwe sterren voortbrengen. Het stof en de spiraalarmen van gewone spiraalstelsels, zoals onze eigen Melkweg, zien er vanaf de rand plat uit. Bron afbeelding: NASA/Space Telescope Science Institute

De nieuwe berekeningen werden geleid door Jiwon Jesse Han, een student aan de aan het CfA gelieerde Griffin Graduate School of Arts and Sciences. Gepubliceerd in het tijdschrift Natuur astronomieHet werk omvat co-auteurs Charlie Conroy en Lars Hernquist, beiden faculteitsleden bij CfA en bij de afdeling Astronomie.

Stellaire corona en donkere materie

Ons sterrenstelsel ligt in een diffuse wolk die de stellaire corona wordt genoemd en die zich verder in het universum uitstrekt. In baanbrekend werk dat vorig jaar werd gepubliceerd, concludeerde het team van Harvard dat de stellaire corona gekanteld en elliptisch is, zoals een zeppelin of een voetbal.

Dienovereenkomstig nam het team dezelfde vorm aan voor de halo van donkere materie, de grotere entiteit die alles in en rond de Melkweg omvat. Donkere materie maakt 80% uit van de massa van het sterrenstelsel, maar is onzichtbaar omdat het geen interactie heeft met licht, dus moet de vorm van die halo worden afgeleid. Met behulp van modellen om de banen van sterren in een rechthoekige, gekantelde halo van donkere materie te berekenen, vond het team een ​​vrijwel perfecte match met huidige waarnemingen van een kromgetrokken, gloeiend sterrenstelsel.

Monumenten en visioenen

“De gekantelde donkere corona komt eigenlijk vrij vaak voor in simulaties, maar niemand heeft het effect ervan op de Melkweg onderzocht”, zegt Conroy. “Het blijkt dat kanteling een goede manier is om de grootte en richting van de oscillerende schijf van ons sterrenstelsel te verklaren.”

Wetenschappers hebben lang geloofd dat de Melkweg is ontstaan ​​als gevolg van een galactische botsing; Het werk van astronomen bevestigt deze hypothese.

“Als het sterrenstelsel op zichzelf zou evolueren, zou het deze prachtige bolvormige halo hebben, deze prachtige platte schijf,” zei Hahn. “Dus het feit dat de halo gekanteld is en een voetbalachtige vorm heeft, suggereert dat ons sterrenstelsel een fusiegebeurtenis heeft meegemaakt, waarbij twee sterrenstelsels met elkaar botsen.”

“Het blijkt dat kanteling een goede manier is om de grootte en richting van de oscillerende schijf van ons sterrenstelsel te verklaren.”
— Charlie Conroy, Ministerie van Astronomie

Hun berekeningen van de mogelijke vorm van de halo van donkere materie kunnen ook aanwijzingen opleveren over de eigenschappen en aard van de donkere materiedeeltjes zelf, die in de natuurkunde onopgeloste mysteries blijven. “Het feit dat het sterrenstelsel in onze gegevens niet bolvormig is, suggereert dat er een bepaalde grens is aan de mate waarin donkere materie met zichzelf kan interageren”, legt Hahn uit.

Het vertrouwen in deze resultaten kan leiden tot betere manieren om op intelligente wijze de niet-waarneembare donkere materie te bestuderen die het grootste deel van het universum uitmaakt. Dit omvat nieuwe manieren om de kinematische kenmerken van donkere subhalo’s vast te leggen, dit zijn kleine halo’s van donkere materie die door de Melkweg dwalen.

Referentie: “De oorsprong van de schuine donkere halo en gloed van de galactische schijf” door Jeon Jesse Han, Charlie Conroy en Lars Hernequist, 14 september 2023, Natuur astronomie.
doi: 10.1038/s41550-023-02076-9