Vintergatans yttre skiva är skev – och full av jättelika krusningar

Med en galaktisk skevhet menas en storskalig böjning av galaxskivan, där de yttre delarna avviker från det centrala planet. Men den modellen räcker inte för att förklara var alla observerade molekylmoln befinner sig.

Forskargruppen analyserade en tredimensionell katalog med mer än 30 000 molekylmoln från kartläggningen Milky Way Imaging Scroll Painting, eller MWISP. Projektet använder Purple Mountain Observatorys 13,7 meter stora millimetervågsteleskop för att observera kolmonoxidutstrålning i det norra galaktiska planet.

Först byggde forskarna en modell av skivans övergripande skevhet. Därefter tog de bort denna jämna, storskaliga böjning och undersökte vad som fanns kvar. Avvikelserna bildade inte ett slumpmässigt mönster. I stället framträdde sammanhängande vågstrukturer i den yttre molekylskivan.

Det innebär att Vintergatans yttre delar bäst kan beskrivas som en böjd skiva med ytterligare vertikala vågor som löper genom den.

Kolmonoxid gjorde de dolda molnen synliga

Kalla molekylmoln är svåra att studera med synligt ljus, eftersom stoft skymmer stora delar av Vintergatans skiva. Kolmonoxid, ofta förkortat CO, fungerar däremot som en användbar spårämnesgas: dess spektrallinjer visar var den kalla molekylära gasen finns – samma typ av material som ingår i miljöer där stjärnor bildas.

MWISP observerar samtidigt J=1–0-övergångarna hos ^12CO, ^13CO och C^18O med teleskopet vid Purple Mountain Observatory. Spektrallinjerna innehåller dessutom information om gasens hastighet. Genom att kombinera den informationen med molnens positioner kunde forskarna rekonstruera molnens fördelning i tre dimensioner och mäta hur långt över eller under ett modellerat galaktiskt plan de låg.

Den stora mängden data var avgörande. När tiotusentals moln kartläggs blir det möjligt att skilja ett sammanhängande storskaligt mönster från de oregelbundna positionerna hos enskilda moln.

Varför skevheten måste modelleras bort

Om varje vertikal avvikelse hade tolkats som en del av den stora skevheten hade de mindre strukturerna kunnat förbli dolda. Genom att först beskriva den breda böjningen skapade forskarna en referenslinje för det som återstod.

Mönstret efter denna korrigering visade att skevheten inte var hela förklaringen. De kvarvarande upp- och nedgångarna var tillräckligt ordnade för att likna krusningar – vågor som ligger ovanpå skivans större form. Därför handlar upptäckten inte bara om en mer exakt mätning av en skev galax, utan om en förändrad bild av själva skivans struktur.

Kan andra galaxer ha satt skivan i rörelse?

Forskarna föreslår att krusningarna kan vara böjningsvågor som orsakats av yttre gravitationella störningar, exempelvis möten med satellitgalaxer eller dvärggalaxer. Sådana vågor skulle kunna bevara spår av hur tidigare gravitationella växelverkningar påverkade Vintergatans yttre skiva och hur störningarna fortplantade sig genom den.

Det är dock fortfarande en tolkning – inte en bekräftad identifiering av en viss satellitgalax som skyldig. De tillgängliga uppgifterna stöder idén att krusningarna kan bära på ledtrådar om Vintergatans tidigare möten, men pekar inte ut en enda säker källa.

En ny bild av Vintergatans tredimensionella form

Krusningarna ger astronomer ett nytt sätt att undersöka Vintergatans struktur. Den yttre skivan kan inte längre betraktas som en i huvudsak stillsam yta med en enda stor böjning. I stället kan forskare studera hur storskalig skevhet och överlagrade vågor existerar samtidigt i den gas som är råmaterial för framtida stjärnbildning.

Strukturernas form, storlek och sammanhållning kan också jämföras med modeller av gravitationella möten och böjningar i galaxskivor. Det kan i sin tur ge bättre ledtrådar om vilka störningar Vintergatan har utsatts för under sin historia.

Det viktigaste resultatet är än så länge observationellt: Vintergatans yttre molekylskiva innehåller utbredda vertikala krusningar utöver sin storskaliga skevhet. Framtida modeller och observationer behövs för att avgöra vilken växelverkan – eller kombination av processer – som skapade dem.