Die Milchstraße. Bildnachweis: Serge Brunier. klicken um zu vergrößern
Die bekannteste Satellitengalaxie der Milchstraße - ein Galaxienpaar namens Magellansche Wolken - scheint mit der gespenstischen dunklen Materie der Milchstraße zu interagieren und einen mysteriösen Warp in der galaktischen Scheibe zu erzeugen, der die Astronomen seit einem halben Jahrhundert verwirrt.
Die Kette, die am deutlichsten in der dünnen Scheibe aus Wasserstoffgas zu sehen ist, die die Galaxie durchdringt, erstreckt sich über den gesamten Durchmesser der Milchstraße von 200.000 Lichtjahren, wobei Sonne und Erde irgendwo in der Nähe der Falte sitzen. Leo Blitz, Professor für Astronomie an der University of California in Berkeley, und seine Kollegen Evan Levine und Carl Heiles haben diesen Warp kartiert und zum ersten Mal detailliert analysiert, basierend auf einer neuen galaktischen Karte von Wasserstoffgas (HI). Emissionen.
Sie fanden heraus, dass die Atomgasschicht wie eine Trommel vibriert und dass die Vibration fast ausschließlich aus drei Noten oder Modi besteht.
Zuvor haben Astronomen die Magellanschen Wolken - bestehend aus den großen und kleinen Magellanschen Wolken - als wahrscheinliche Ursache für den galaktischen Warp abgetan, da die kombinierten Massen der Galaxien nur 2 Prozent der Masse der Scheibe betragen. Diese Masse wurde für zu klein gehalten, um eine massive Scheibe zu beeinflussen, die etwa 200 Milliarden Sonnen während der 1,5 Milliarden Jahre alten Umlaufbahn der Galaxie entspricht.
Dennoch hat der Theoretiker Martin D. Weinberg, Professor für Astronomie an der University of Massachusetts in Amherst, gemeinsam mit Blitz ein Computermodell erstellt, das die dunkle Materie der Milchstraße berücksichtigt, die zwar unsichtbar, aber 20-mal so massereich ist wie Alle sichtbaren Materie in der Galaxie zusammen. Die Bewegung der Wolken durch die dunkle Materie erzeugt eine Spur, die ihren Gravitationseinfluss auf die Scheibe verstärkt. Wenn diese dunkle Materie enthalten ist, reproduzieren die Magellanschen Wolken in ihrer Umlaufbahn um die Milchstraße die in der Galaxie beobachtete Art der Verzerrung sehr genau.
"Das Modell erzeugt diesen Warp nicht nur in der Milchstraße, sondern während des Rotationszyklus der Magellanschen Wolken um die Galaxie scheint die Milchstraße im Wind zu flattern", sagte Blitz, Direktor des Radio Astronomy Laboratory der UC Berkeley.
"Die Leute haben sehr lange versucht zu untersuchen, was diese Verzerrung erzeugt", sagte Weinberg. "Unsere Simulation passt immer noch nicht perfekt, hat aber viel Charakter der tatsächlichen Daten."
Levine, ein Doktorand, wird die Ergebnisse der Arbeit am 9. Januar in Washington, DC, während einer Sitzung um 10 Uhr morgens über die galaktische Struktur auf dem Treffen der American Astronomical Society vorstellen. Blitz wird die Arbeit später am Tag um 12:30 Uhr zusammenfassen. Pressekonferenz im Wilson C-Raum des Marriott Wardman Park Hotels.
Die Wechselwirkung der Magellanschen Wolken mit der dunklen Materie in der Galaxie, um eine rätselhafte Verzerrung in der Wasserstoffgasschicht zu erzeugen, erinnert an das Paradoxon, das vor etwa 35 Jahren zur Entdeckung der dunklen Materie führte. Als Astronomen immer bessere Teleskope bauten, mit denen die Geschwindigkeiten von Sternen und Gas in den äußeren Regionen unserer Galaxie gemessen werden konnten, entdeckten sie, dass sich diese Sterne viel schneller bewegten, als es aufgrund der beobachteten Anzahl und Masse der Sterne in der gesamten Milchstraße zu erwarten wäre. Nur unter Berufung auf eine damals ketzerische Vorstellung, dass 80 Prozent der Masse der Galaxie zu dunkel waren, um sie zu sehen, konnten Astronomen die Geschwindigkeiten mit bekannten Theorien der Physik in Einklang bringen.
Obwohl niemand die wahre Identität dieser dunklen Materie kennt - der gegenwärtige Konsens ist, dass es sich eher um exotische Materie als um normale Sterne handelt, die zu dunkel sind, um sie zu sehen -, berücksichtigen Astronomen sie jetzt in ihren Simulationen der kosmischen Dynamik, um den Linseneffekt zu erklären Galaxien und Galaxienhaufen haben das Licht von Hintergrundgalaxien oder beschreiben die Entwicklung von Galaxienhaufen im frühen Universum.
Einige Physiker haben jedoch eine alternative Gravitationstheorie namens Modified Newtonian Dynamics (MOND) entwickelt, die versucht, diese Beobachtungen zu erklären, ohne auf den Glauben an eine große Menge unentdeckter Masse im Universum zurückzugreifen, wie ein unsichtbarer Elefant im Raum. Obwohl MOND einige Dinge erklären kann, glaubt Weinberg, dass es der Theorie schwer fallen wird, die Verzerrung der Milchstraße zu erklären.
"Ohne einen Halo aus dunkler Materie kann die Gasscheibe nur die direkte Schwerkraft der Magellanschen Wolken selbst spüren, von der in den 1970er Jahren gezeigt wurde, dass sie nicht funktioniert", sagte er. "In diesem Fall sieht es für MOND schlecht aus."
Da viele Galaxien Scheiben verzogen haben, könnte eine ähnliche Dynamik sie auch erklären. Wie auch immer, die Forscher sagen, ihre Arbeit legt nahe, dass Warps eine Möglichkeit bieten, die Existenz der dunklen Materie zu überprüfen.
Ausgangspunkt für diese Forschung waren neue Spektraldaten, die im vergangenen Sommer über die 21-Zentimeter-Emissionen von Wasserstoff in der Milchstraße veröffentlicht wurden. Bei der Umfrage, der Leiden-Argentina-Bonn- oder LAB-Umfrage von Galactic HI, wurde eine von Astronomen in den Niederlanden durchgeführte Nordhimmelvermessung (Leiden / Dwingeloo-Vermessung) mit einer Südhimmelvermessung des Instituto Argentino de Radioastronom? A zusammengeführt. Die Daten wurden von Wissenschaftlern des Instituts für Radioastronomie der Universität Bonn korrigiert.
Blitz, Levine und Heiles, Professor für Astronomie an der UC Berkeley, nahmen diese Daten und erstellten eine neue, detaillierte Karte des neutralen atomaren Wasserstoffs in der Galaxie. Dieser Wasserstoff, der in einer Ebene mit Abmessungen wie die einer CD verteilt ist, kondensiert schließlich zu Molekülwolken, die zu Sternkindergärten werden.
Mit der Karte in der Hand konnten sie die Kette mathematisch als eine Kombination aus drei verschiedenen Arten von Schwingungen beschreiben: ein Flattern der Plattenkante nach oben und unten, eine sinusförmige Schwingung wie bei einem Trommelfell und eine sattelförmige Schwingung. Diese drei „Noten“ liegen etwa 3 Millionen Oktaven unter dem mittleren C.
"Wir fanden etwas sehr Überraschendes, dass wir die Verzerrung durch drei Schwingungsmodi oder drei Noten und nur drei beschreiben konnten", sagte Blitz und bemerkte, dass diese ziemlich einfache mathematische Beschreibung der Verzerrung den Astronomen seit den Verzerrungen entgangen war Entdeckung im Jahr 1957.
"Wir haben tatsächlich versucht, eine komplexere" überbackene "Struktur der Scheibe zu analysieren, und diese einfache, elegante Schwingungsstruktur ist gerade herausgekommen", fügte Levine hinzu.
Die aktuelle Verzerrung in der Gasscheibe ist eine Kombination dieser drei Schwingungsmodi, wobei die eine Hälfte der galaktischen Scheibe über der Ebene von Sternen und Gas hervorsteht, während die andere Hälfte unter die Scheibe eintaucht, bevor sie weiter nach außen steigt Zentrum der Galaxie. Die Ergebnisse dieser Analyse werden in einer kommenden Ausgabe des Astrophysical Journal veröffentlicht.
Weinberg glaubte, die beobachtete Verzerrung dynamisch erklären zu können, und berechnete mithilfe von Computern den Effekt der Magellanschen Wolken, die die Milchstraße umkreisen und durch den Halo der dunklen Materie pflügen, der sich weit in die Umlaufbahn der Wolken hinein erstreckt.
Was er und Blitz fanden, ist, dass das Aufwachen der Wolken durch die dunkle Materie eine Vibration oder Resonanz in der Mitte des Halos der dunklen Materie hervorruft, wodurch die im Halo eingebettete Scheibe in drei verschiedenen Modi stark schwingt. Die kombinierte Bewegung während einer 1,5-Milliarden-Jahres-Umlaufbahn der Magellanschen Wolken erinnert an die Ränder einer im Wind flatternden Tischdecke, da die Mitte der Scheibe festgesteckt ist.
"Wir denken oft, dass der Warp statisch ist, aber diese Simulation zeigt, dass er sehr dynamisch ist", sagte Blitz.
Blitz, Levine und Heiles setzen ihre Suche nach Anomalien in der Struktur der Milchstraße fort. Weinberg hofft, anhand der Daten und Analysen der UC Berkeley-Gruppe die Form des Halos der dunklen Materie der Milchstraße bestimmen zu können.
Die Forschung der UC Berkeley Gruppe wird von der National Science Foundation unterstützt. Weinberg wird teilweise von der NASA und der NSF unterstützt.
Originalquelle: UC Berkeley Pressemitteilung
