Zewnętrzny dysk Drogi Mlecznej jest pofałdowany niczym tafla wody

Co odkryli badacze?

Wygięcie galaktycznego dysku to rozległe zakrzywienie, w którym zewnętrzne obszary odchylają się od płaszczyzny centralnej. Taki opis nie tłumaczył jednak wszystkich obserwowanych położeń obłoków gazu.

Zespół przeanalizował trójwymiarowy katalog obejmujący ponad 30 tys. obłoków molekularnych z przeglądu MWISP, czyli Milky Way Imaging Scroll Painting. Badanie przeprowadzono za pomocą 13,7-metrowego teleskopu milimetrowego Obserwatorium Purpurowej Góry. Instrument rejestrował emisję tlenku węgla w północnej części płaszczyzny Galaktyki.

Najpierw naukowcy stworzyli model wielkoskalowego wygięcia dysku. Następnie sprawdzili, jak rozmieszczone są obłoki po usunięciu tego gładkiego składnika. Pozostałe odchylenia nie wyglądały na przypadkowe, pojedyncze przesunięcia. Układały się w spójne, faliste struktury rozciągające się przez zewnętrzny dysk molekularny.

W skrócie: zewnętrzną Drogę Mleczną można opisać jako wygięty dysk, przez który przebiegają dodatkowe pionowe fale.

Jak tlenek węgla pomógł zobaczyć te zmarszczki?

Zimne obłoki molekularne trudno obserwować w świetle widzialnym, ponieważ pył zasłania dużą część dysku Galaktyki. Tlenek węgla — oznaczany skrótem CO — jest użytecznym znacznikiem tego materiału. Jego emisja widmowa pozwala lokalizować gaz molekularny, w tym zimny gaz związany ze środowiskami, w których powstają gwiazdy.

Przegląd MWISP rejestruje jednocześnie przejścia rotacyjne J=1–0 izotopów ^12CO, ^13CO i C^18O za pomocą teleskopu Obserwatorium Purpurowej Góry. Linie widmowe dostarczają także informacji o prędkości gazu. Połączenie tych pomiarów z położeniami obłoków pozwoliło odtworzyć ich rozkład w trzech wymiarach oraz określić, jak bardzo znajdowały się powyżej lub poniżej modelowanej płaszczyzny Galaktyki.

Duża liczba obiektów miała tu kluczowe znaczenie. Mapa obejmująca dziesiątki tysięcy obłoków pozwoliła odróżnić połączony wzór wielkoskalowy od nieregularnego rozmieszczenia pojedynczych obłoków molekularnych.

Dlaczego najpierw trzeba było usunąć wygięcie?

Gdyby badacze potraktowali każde pionowe odchylenie jako część głównego wygięcia, mniejsze struktury mogłyby pozostać niewidoczne. Najpierw wymodelowali więc szerokie zakrzywienie, aby uzyskać punkt odniesienia i sprawdzić, co pozostaje poza nim.

Analiza pozostałości pokazała, że samo wygięcie nie wystarcza do wyjaśnienia obserwowanego układu. Resztkowe undulacje były na tyle uporządkowane, że przypominały korugacje — fale nałożone na większą formę dysku. Dlatego wynik nie jest tylko dokładniejszym pomiarem znanego wygięcia, lecz zmienia tradycyjny obraz „zakrzywionej Galaktyki”.

Co mogło wywołać te fale?

Naukowcy sugerują, że pofałdowania mogą być falami ugięcia wywołanymi przez zewnętrzne zaburzenia grawitacyjne, na przykład przejścia galaktyk satelitarnych lub karłowatych w pobliżu Drogi Mlecznej.

Takie fale mogłyby zachować informacje o dawnych oddziaływaniach naszej Galaktyki i pokazywać, jak zaburzenia rozchodziły się w jej zewnętrznym dysku. To jednak nadal interpretacja, a nie potwierdzone wskazanie jednej konkretnej galaktyki jako sprawcy. Dostępne informacje wspierają hipotezę, że zmarszczki mogą być śladem historii oddziaływań Drogi Mlecznej, ale nie przesądzają o jednym źródle.

Dlaczego to odkrycie jest ważne?

Korugacje dają astronomom nowy sposób badania trójwymiarowej struktury Drogi Mlecznej. Zewnętrzny dysk nie jawi się już jako niemal statyczna powierzchnia z jednym dużym wygięciem. Teraz można analizować, jak wielkoskalowe zakrzywienie współistnieje z dodatkowymi falami w gazie, z którego powstają gwiazdy.

Kształt, rozmiar i spójność tych struktur można porównywać z modelami spotkań grawitacyjnych oraz uginania dysku. W przyszłości może to pomóc ustalić, jakich zaburzeń Droga Mleczna doświadczyła w przeszłości i w jaki sposób wpłynęły one na jej ewolucję.

Najważniejszy wniosek jest na razie obserwacyjny: zewnętrzny dysk molekularny Drogi Mlecznej zawiera rozległe pionowe zmarszczki, a nie tylko wielkoskalowe wygięcie. Ustalenie, czy odpowiada za nie pojedyncze oddziaływanie, czy kombinacja kilku procesów, będzie wymagało dalszych obserwacji i modelowania.