Melkeveiens ytterkant er ikke bare bøyd – den har også gigantiske bølger

En galaktisk warp er en bred bøy i en galakses skive. I ytterkantene ligger skiven da høyere eller lavere enn planet nær sentrum. Purple Mountain Observatory-teamet fant at denne jevne bøyen ikke forklarer alle posisjonene til gasskyene.

Forskerne analyserte en tredimensjonal katalog med mer enn 30 000 molekylskyer fra kartleggingsprosjektet Milky Way Imaging Scroll Painting, forkortet MWISP. Prosjektet bruker et 13,7 meter stort millimeterbølgeteleskop ved Purple Mountain Observatory til å observere karbonmonoksidutslipp langs den nordlige delen av Melkeveiens plan.

Først laget forskerne en modell av den overordnede bøyen i gasskiven. Deretter undersøkte de de vertikale avvikene som sto igjen da denne jevne komponenten ble trukket fra. Avvikene dannet ikke et tilfeldig mønster. I stedet dukket det opp sammenhengende, bølgelignende strukturer i den ytre molekylskiven.

Kort sagt kan Melkeveiens ytterkant beskrives som en bøyd skive med ekstra vertikale bølger oppå den store formen.

Karbonmonoksid gjorde krusningene synlige

Kalde molekylskyer er vanskelige å studere med synlig lys. Støv skjuler mye av materialet i Melkeveiens skive. Karbonmonoksid, eller CO, fungerer derfor som en nyttig sporgass: Spektrallinjene viser hvor molekylgassen befinner seg, inkludert den kalde gassen i områder der stjerner dannes.

MWISP observerer samtidig J=1–0-overgangene til ^12CO, ^13CO og C^18O med teleskopet ved Purple Mountain Observatory. Spektrallinjene inneholder også informasjon om hastighet. Ved å kombinere disse målingene med skyenes posisjoner kunne forskerne rekonstruere fordelingen av molekylskyene i tre dimensjoner og måle hvor langt de lå over eller under en modellert galakseplan.

Det store datagrunnlaget var avgjørende. Når titusenvis av skyer kartlegges, blir det mulig å skille et sammenhengende mønster i stor skala fra de tilfeldige variasjonene i enkeltstående skyer.

Hvorfor forskerne måtte fjerne den store bøyen først

Dersom alle vertikale avvik hadde blitt tolket som deler av galaksens warp, kunne de mindre strukturene ha forblitt skjult. Ved å modellere den brede bøyen først fikk forskerne et utgangspunkt for å undersøke hva som var igjen.

Mønsteret i restverdiene viste at bøyen alene ikke var nok. De gjenværende ujevnhetene var så organiserte at de lignet store krusninger – bølger lagt oppå den overordnede formen. Det er derfor funnet endrer det vanlige bildet av en «bøyd galakse», i stedet for bare å finjustere målingen av bøyen.

Hva kan ha skapt bølgene?

Forskerne mener krusningene kan være bøyebølger som ble utløst av ytre gravitasjonsforstyrrelser, for eksempel møter med satellittgalakser eller dverggalakser. Slike bølger kan ha bevart informasjon om hvordan tidligere møter påvirket Melkeveiens ytterkant, og hvordan forstyrrelsene beveget seg gjennom skiven.

Dette er likevel en tolkning – ikke en bekreftet identifikasjon av én bestemt galakse som årsak. Kildene støtter at krusningene kan inneholde spor etter Melkeveiens samhandlingshistorie, men peker ikke ut én enkelt synder.

Et nytt vindu mot Melkeveiens utvikling

Krusningene gir astronomene en ny måte å studere Melkeveien på i tre dimensjoner. Den ytre skiven kan ikke lenger betraktes som en stort sett stillestående flate med én enkel bøy. I stedet kan forskerne undersøke hvordan store warper og bølger oppå dem eksisterer samtidig i gassen som danner nye stjerner.

Formen, størrelsen og sammenhengen i strukturene kan også sammenlignes med modeller av gravitasjonsmøter og bøyde galakseskiver. Det kan gi flere spor om hvilke forstyrrelser Melkeveien har vært utsatt for tidligere.

Det viktigste resultatet er foreløpig observasjonelt: Den ytre molekylskiven inneholder utbredte vertikale krusninger i tillegg til den store, overordnede bøyen. Nye modeller og observasjoner må til for å avgjøre hvilken interaksjon – eller kombinasjon av prosesser – som skapte dem.