Ibland krävs det många träd för att se skogen. När det gäller den senaste upptäckten som gjorts av astronomer vid University of Arizona, exakt 732, 225. Förutom att i detta fall, "skogen" är en slöja av diffus vätgas som omsluter Vintergatan, och varje "träd" är en annan galax som observerats med 2,5-metersteleskopet från Sloan Digital Sky Survey.

Efter att ha kombinerat detta häpnadsväckande antal spektra – inspelade mönster av våglängder som avslöjar ledtrådar om naturen hos ett kosmiskt mål – rapporterar UA-astronomerna Huanian Zhang och Dennis Zaritsky de första upptäckterna av diffust väte som sveper omkring i en stor halo som omger Vintergatan. En sådan halo hade postulerats baserat på vad astronomer visste om andra galaxer, men aldrig direkt observerad.

Astronomer har länge vetat att de mest framträdande egenskaperna hos en typisk spiralgalax som vår Vintergatan – en central utbuktning omgiven av en skiva och spiralarmar – bara står för den mindre delen av dess massa. Huvuddelen av den saknade massan misstänks ligga i så kallad mörk materia, en postulerad men ännu inte direkt observerad form av materia som tros stå för majoriteten av materia i universum. Mörk materia avger ingen elektromagnetisk strålning av något slag, inte heller interagerar det med "normal" materia (som astronomer kallar baryonisk materia), och är därför osynlig och omöjlig att upptäcka genom direkt avbildning.

Den mörka materien i en typisk galax tros ligga i en mer eller mindre sfärisk halo som sträcker sig 10 till 30 gånger längre ut än avståndet mellan vår galaxs centrum och solen, enligt Zaritsky, en professor vid UA:s institution för astronomi och biträdande chef för UA:s Steward Observatory.

"Vi slutar oss till dess existens genom dynamiska simuleringar av galaxer, " förklarar Zaritsky. "Och eftersom förhållandet mellan normal materia och mörk materia nu är mycket välkänt, till exempel från att mäta den kosmiska mikrovågsbakgrunden, vi har en ganska bra uppfattning om hur mycket baryonisk materia som ska finnas i halon. Men när vi lägger till allt vi kan se med våra instrument, vi får bara ungefär hälften av vad vi förväntar oss, så det måste finnas mycket baryoniskt material som väntar på att upptäckas."

Genom att kombinera ett så stort antal spektra, Zaritsky och Zhang, en postdoktor vid Institutionen för astronomi/Steward Observatory, täckte en stor del av rymden som omger Vintergatan och fann att diffus vätgas uppslukar hela galaxen, som skulle stå för en stor del av galaxens baryonmassa.

"Det är som att titta genom en slöja, " sa Zaritsky. "Vi ser diffust väte i alla riktningar vi tittar."

Han påpekade att det inte är första gången gas har upptäckts i halos runt galaxer, men i dessa fall, vätet är i ett annat fysiskt tillstånd.

"Det finns moln av väte i galaxen halo, som vi har känt till länge, kallade höghastighetsmoln, " sa Zaritsky. "De har upptäckts genom radioobservationer, och de är verkligen moln - du ser en kant, och de flyttar. Men den totala massan av dessa är liten, så de kunde inte vara den dominerande formen av väte i halo."

Eftersom att observera vår egen galax är lite som att försöka se hur ett obekant hus ser ut när det är instängt i ett rum inuti, astronomer förlitar sig på datorsimuleringar och observationer av andra galaxer för att få en uppfattning om hur Vintergatan kan se ut för en utomjordisk observatör miljontals ljusår bort.

För sina studier, planerad för förhandspublicering online den Natur astronomi s webbplats den 18 april, forskarna sållade genom de offentliga databaserna i Sloan Digital Sky Survey och letade efter spektra tagna av andra forskare från galaxer utanför vår Vintergatan i en smal spektrallinje som kallas väte alfa. Att se denna linje i ett spektrum berättar om närvaron av ett visst tillstånd av väte som skiljer sig från den stora majoriteten av väte som finns i universum.

Till skillnad från på jorden, där väte förekommer som en gas som består av molekyler av två väteatomer bundna tillsammans, väte finns som enstaka atomer i yttre rymden, och de kan vara positivt eller negativt laddade, eller neutral. Neutralt väte utgör en liten minoritet jämfört med dess joniserade (positiva) form, som utgör mer än 99,99 procent av gasen som spänner över universums intergalaktiska bukter.

Såvida inte neutrala väteatomer drivs av något, de är extremt svåra att upptäcka och förblir därför osynliga för de flesta observationsmetoder, vilket är anledningen till att deras närvaro i Vintergatans halo hade gäckat astronomer fram till nu. Även i andra galaxer, glorier är svåra att sätta fast.

"Du ser inte bara en vacker bild av en gloria runt en galax, ", sade Zaritsky. "Vi sluter oss till närvaron av galaktiska glorier från numeriska simuleringar av galaxer och från vad vi vet om hur de bildas och interagerar."

Zaritsky förklarade att baserat på dessa simuleringar, forskare skulle ha förutspått närvaron av stora mängder vätgas som sträcker sig långt ut från Vintergatans centrum, men förblir associerad med galaxen, och data som samlats in i denna studie bekräftar närvaron av just detta.

"Gasen vi upptäckte gör inte något särskilt märkbart, " sa han. "Den snurrar inte så snabbt att den indikerar att den håller på att kastas ut ur galaxen, och det verkar inte falla inåt mot det galaktiska centrumet, antingen."

En av utmaningarna i denna studie var att veta om det observerade vätet verkligen fanns i en halo utanför Vintergatan, och inte bara en del av själva den galaktiska skivan, sa Zaritsky.

"När du ser saker överallt, de kan vara väldigt nära oss, eller så kan de vara väldigt långt borta, sa han. Du vet inte.

Svaret på denna fråga, för, var i "träden, "de mer än 700, 000 spektralanalyser utspridda över galaxen. Om vätgasen var begränsad till galaxens skiva, vårt solsystem skulle förväntas "sväva" inuti det som ett skepp i en långsamt rinnande malström, kretsar runt det galaktiska centrumet. Och precis som skeppet driver med strömmen, mycket liten relativ rörelse skulle förväntas mellan vårt solsystem och vätehavet. Om, å andra sidan, den omgav den snurrande galaxen i en mer eller mindre stationär gloria, forskarna förväntade sig att var de än tittade, de borde hitta ett förutsägbart mönster av relativ rörelse med avseende på vårt solsystem.

"Verkligen, åt ett håll, vi ser gasen komma mot oss, och i motsatt riktning, vi ser det flytta ifrån oss, ", sa Zaritsky. "Detta säger oss att gasen inte finns i skivan i vår galax, men måste vara ute i glorian."

Nästa, forskarna vill titta på ännu fler spektra för att bättre begränsa fördelningen runt himlen och gasens rörelser i halon. De planerar också att söka efter andra spektrallinjer, vilket kan hjälpa till att bättre förstå det fysiska tillståndet såsom temperatur och densitet hos gasen.