Astronomen finden die Quelle der riesigen Gasblasen, die aus der Milchstraße strömen, aber immer noch keine Ahnung, was sie verursacht hat

Es gibt ein ungewöhnliches Paradox, das die Erforschung von Teilen der Milchstraße behindert. Dichtes Gas blockiert die Beobachtung des galaktischen Kerns, und es kann schwierig sein, von unserem Aussichtspunkt aus im sichtbaren Licht zu beobachten. Aber entfernte Galaxien bieten nicht immer die gleichen Hindernisse. In gewisser Weise können wir also entfernte Galaxien besser beobachten als unsere eigenen.

Um ein besseres Verständnis des Galaktischen Zentrums (GC) und des Interstellaren Mediums (ISM) zu erlangen, benutzte ein Team von Astronomen ein Teleskop namens Wisconsin H-Alpha Mapper (WHAM), um in einem Teil des optischen Lichtspektrums in den Kern der Milchstraße zu blicken.

Das Forscherteam konzentrierte seine Bemühungen auf zwei Merkmale der Milchstraße, die so genannten Fermi-Blasen . Die Fermi-Blasen sind massive Ausbrüche von hochenergetischem Gas, das aus dem galaktischen Kern austritt. Sie werden Fermi Bubbles genannt, weil sie 2010 von den . entdeckt wurden Fermi Gammastrahlen-Weltraumteleskop . Diese Blasen sind riesig, erstrecken sich insgesamt etwa 50.000 Lichtjahre von der Scheibe der Milchstraße entfernt und bewegen sich mit Millionen von Meilen pro Stunde.

Eine Illustration der Fermi-Blasen, die sich über die Ebene der Milchstraße hinaus erstrecken. Sie wurden 2010 entdeckt und sind wahrscheinlich das Ergebnis eines Energieausbruchs von Sgr. A*, das supermassive Schwarze Loch im Herzen der Milchstraße. Bildquelle: NASA/GSFC

Ein Papier, das ihre Beobachtungen präsentiert, trägt den Titel „ Entdeckung von Hochgeschwindigkeits-H-Alpha über dem galaktischen Zentrum: Testen von Modellen der Fermi-Blase .“ Hauptautor der Arbeit ist Dhanesh Krishnarao, ein Doktorand der Astronomie an der UW Wisconsin. Die Ergebnisse wurden auf der 236. Tagung der American Astronomical Society vorgestellt und bei The Astrophysical Journal Letters eingereicht.

Vor dieser Arbeit wurden einige Beobachtungen der Fermi-Blasen im UV gemacht, indem das Licht von entfernten Quasaren beim Durchgang durch das Gas untersucht wurde. Während diese Beobachtungen das Wissen der Wissenschaftler über die Blasen erweiterten, hatten sie Einschränkungen. Sie konnten nur auf bestimmten Sichtlinien hergestellt werden, während WHAM ein All-Sky-Teleskop ist. Diese früheren Beobachtungen konnten die Geschwindigkeit, Temperatur und Dichte des Gases nicht messen.

„…im Gegensatz zu den ultravioletten Daten sind wir nicht nur auf bestimmte Sichtlinien beschränkt.“

Bob Benjamin, Co-Autor, Professor für Astronomie, UW-Whitewater

Aber WHAM verfolgt einen anderen Ansatz. Wie der Name schon sagt, kann es Wasserstoff-Alpha-Atome beobachten. In einem (n H-Alpha Atom ist ein Elektron vom dritten Energieniveau auf das zweite Energieniveau gesprungen. Das hinterlässt eine Spektrallinie, die die hellste Wasserstoff-Spektrallinie im optischen Licht ist.

Ein vereinfachtes Rutherford-Bohr-Modell des H-Alpha-Prozesses. Wenn ein Elektron (grün) von n=3 auf n=2 ein Energieniveau nach unten springt, erzeugt es im sichtbaren Licht ein Photon mit einer hellen Spektrallinie. Bildnachweis: Von JabberWok, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2639910

Matt Haffner ist Professor für Astronomie und Physik an der Embry-Riddle Aeronautical University und einer der Mitautoren dieses Artikels. In einer Pressemitteilung wies Haffner darauf hin, wie das WHAM-Teleskop Astronomen hilft, Fortschritte beim Verständnis der Kernregion der Milchstraße zu erzielen. Gas blockiert unsere Sicht auf diese Region auf eine Weise, die ferne Galaxien nicht tun.

„Es gibt Regionen der Galaxie, die wir mit sehr empfindlichen Instrumenten wie WHAM anvisieren können, um diese Art von neuen Informationen in Richtung Zentrum zu bringen, die wir bisher nur im Infraroten und Radio machen konnten“, sagt Haffner. „Wir können Vergleiche mit anderen Galaxien anstellen, indem wir die gleiche Art von Messungen zum Zentrum der Milchstraße machen.“

Die Wissenschaftler hinter dieser Forschung beobachteten auch die Stickstoff-Emissionslinien in den Fermi-Blasen. Sie ordneten ihre Beobachtungen mit den jüngsten Hubble-Beobachtungen von UV-Licht an derselben Position an und kombinierten sie.

In einer Pressemitteilung sagte der Hauptautor Krishnarao: „Wir haben diese beiden Messungen der Emission und Absorption kombiniert, um die Dichte, den Druck und die Temperatur des ionisierten Gases abzuschätzen, und das lässt uns besser verstehen, woher dieses Gas kommt.“

In ihrem Artikel schreiben die Autoren „Wisconsin H-Alpha Mapper (WHAM)-Beobachtungen zeigen Hochgeschwindigkeits-H? und [N II]?6584 Emissionen
Linien in der gleichen Richtung und Geschwindigkeit wie Ultraviolett-Absorptionslinien-Merkmale, die zuvor mit den bikonischen Gammastrahlen-Keulen, den sogenannten Fermi-Blasen, in Verbindung gebracht wurden.“

Astronomen glauben, dass alles, was im Kern der Milchstraße passiert ist, um die Fermi-Blasen zu erzeugen, vor mehreren Millionen Jahren passiert ist. Einige Forscher glauben, dass Sgr A*, das supermassive Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie, eine massive Wasserstoffwolke in seine Akkretionsscheibe gezogen hat, was einen enormen Energieschub verursacht. Aber diese Studie versuchte nicht, die Ursache zu ermitteln.

Da den Forschern nun Daten zur Dichte, Geschwindigkeit und Temperatur des Gases in den Fermi-Blasen vorliegen, können sie diese Daten mit verschiedenen Modellen testen. „Das andere Bedeutsame ist, dass wir jetzt an vielen Orten die Möglichkeit haben, Dichte und Druck sowie die Geschwindigkeitsstruktur zu messen“, sagt Bob Benjamin, Professor für Astronomie an der UW-Whitewater und Co. mit dem All-Sky-WHAM-Teleskop. Autor der Studie. „Wir können umfangreiche Kartierungsarbeiten über die Fermi-Blasen oberhalb und unterhalb der Galaxieebene durchführen, um zu sehen, ob die von den Menschen entwickelten Modelle Bestand haben. Denn im Gegensatz zu den ultravioletten Daten sind wir nicht nur auf bestimmte Sichtlinien beschränkt.“

In ihrer Arbeit erklären die Autoren, dass „Diese optischen Spektren einen neuen Weg bieten, um sowohl die physikalischen Bedingungen des ionisierten Gases, das mit den Fermi-Blasen in Verbindung gebracht wurde, als auch das entstehende Strahlungsfeld einzuschränken“.
aus der Region des Galaktischen Zentrums und innerhalb der Fermi-Blasen.“

Im Abschluss ihrer Arbeit beschreiben die Autoren einige ihrer Ergebnisse. Sie sagen, ihre Ergebnisse deuten auf eine Gastemperatur von 8900 ± 2700 K hin. Sie weisen auch darauf hin, dass der hohe thermische Druck, den sie gefunden haben, „vergleichbar, aber immer noch größer als der ist, der von Modellen eines Heißgas-Halos in“ vorhergesagt wird
der inneren Galaxie oder einer Fermi-Blasenschale.“

Aber obwohl diese Ergebnisse sehr detailliert sind, zeigen sie nicht schlüssig, was die Fermi-Blasen verursacht hat. Das Team sagt, dass WHAM jedoch mehr zu geben hat, wenn es darum geht, sie zu studieren. Und genau wie in dieser Studie können auch zukünftige Beobachtungen mit bestehenden Hubble-Beobachtungen kombiniert werden, um unser Verständnis zu erweitern.

Eine Illustration der Fermi-Blasen oberhalb und unterhalb der Ebene der Milchstraße, die sowohl Gammastrahlen als auch Röntgenstrahlen aussenden. Per Credit: Goddard Space Flight Center der NASA – http://www.nasa.gov/mission_pages/GLAST/news/new-structure.html, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php? Curid=12073853

„Mit zukünftigen Beobachtungen kann WHAM die mit den Fermi-Blasen verbundenen Emissionen sowohl räumlich als auch kinematisch auf großen Skalen verfolgen. Darüber hinaus können andere gezielte Beobachtungen in Richtung entfernter UV-heller Quellen mit bestehenden HST-Spektren empfindliche Säulendichteprofile mehrerer Arten in verschiedenen Regionen der südlichen und nördlichen Fermi-Blasen liefern.“

Vielleicht werden wir eines Tages also endlich wissen, was vor einigen Millionen Jahren im Zentrum der Milchstraße passiert ist, um diese riesigen Blasen zu bilden.

Mehr:

• Pressemitteilung: Erste optische Messungen der Fermi-Blasen der Milchstraße untersuchen ihren Ursprung
• Forschungsbericht: Entdeckung von Hochgeschwindigkeits-H-Alpha über dem galaktischen Zentrum: Testen von Modellen der Fermi-Blase
• Universum heute: Vor etwa 3,5 Millionen Jahren hätte ein Gasstrom außerhalb der Milchstraße den Nachthimmel erleuchtet