ESA:s XMM-Newton har upptäckt att gas som lurar i Vintergatans halo når mycket varmare temperaturer än man tidigare trott och har en annan kemisk sammansättning än förutspått, utmanar vår förståelse av vårt galaktiska hem.

En halo är ett stort område av gas, stjärnor och osynlig mörk materia som omger en galax. Det är en nyckelkomponent i en galax, kopplar den till ett bredare intergalaktiskt utrymme, och anses därför spela en viktig roll i galaktisk evolution.

Tills nu, en galax halo ansågs innehålla het gas vid en enda temperatur, med den exakta temperaturen för denna gas beroende på galaxens massa.

Dock, en ny studie som använder ESA:s XMM-Newton röntgenrymdobservatorium visar nu att Vintergatans halo innehåller inte en utan tre olika komponenter av het gas, med den hetaste av dessa är en faktor tio varmare än man tidigare trott. Detta är första gången flera gaskomponenter som är strukturerade på detta sätt har upptäckts i inte bara Vintergatan, men i vilken galax som helst.

"Vi trodde att gastemperaturerna i galaktiska glorier varierade från cirka 10 000 till en miljon grader - men det visar sig att en del av gasen i Vintergatans halo kan nå brännande 10 miljoner grader, sa Sanskriti Das, en doktorand vid Ohio State University, U.S., och huvudförfattare till den nya studien.

"Medan vi tror att gasen värms upp till cirka en miljon grader när en galax först bildas, vi är inte säkra på hur den här komponenten blev så varm. Det kan bero på vindar som kommer från skivan av stjärnor i Vintergatan."

Studien använde en kombination av två instrument ombord på XMM-Newton:Reflection Grating Spectrometer (RGS) och European Photon Imaging Camera (EPIC). EPIC användes för att studera ljuset som sänds ut av halo, och RGS för att studera hur halon påverkar och absorberar ljus som passerar genom den.

För att undersöka Vintergatans halo i absorption, Sanskriti och kollegor observerade ett föremål som kallas en blazar:den mycket aktiva, energisk kärna i en avlägsen galax som sänder ut intensiva ljusstrålar.

Efter att ha rest nästan fem miljarder ljusår över kosmos, röntgenljuset från denna blazar passerade också genom vår galaxs halo innan det nådde XMM-Newtons detektorer, och har således ledtrådar om egenskaperna hos denna gasformiga region.

Till skillnad från tidigare röntgenstudier av Vintergatans halo, som normalt varar en dag eller två, teamet utförde observationer under en period av tre veckor, gör det möjligt för dem att upptäcka signaler som vanligtvis är för svaga för att se.

"Vi analyserade blazarens ljus och nollställde dess individuella spektrala signaturer:egenskaperna hos ljuset som kan berätta för oss om materialet som det har passerat genom på väg till oss, " sa medförfattaren Smita Mathur, även vid Ohio State University, och Sanskritis rådgivare.

"Det finns specifika signaturer som bara existerar vid specifika temperaturer, så vi kunde avgöra hur varm halogasen måste ha varit för att påverka blazarljuset som det gjorde."

Vintergatans heta gloria är också avsevärt förstärkt med element tyngre än helium, som vanligtvis produceras i de senare stadierna av en stjärnas liv. Detta indikerar att gloria har tagit emot material som skapats av vissa stjärnor under deras livstid och slutskede, och kastas ut i rymden när de dör.

"Tills nu, forskare har främst letat efter syre, eftersom det är rikligt och därmed lättare att hitta än andra element, ", tillade Sanskriti. "Vår studie var mer detaljerad:vi tittade på inte bara syre utan även kväve, neon och järn, och hittade några enormt intressanta resultat."

Forskare förväntar sig att halo kommer att innehålla element i liknande förhållanden som de som ses i solen. Dock, Sanskriti och kollegor märkte mindre järn i halo än väntat, vilket indikerar att halo har berikats av massiva döende stjärnor, och även mindre syre, troligtvis på grund av att detta element tas upp av dammiga partiklar i halon. "Det här är verkligen spännande - det var helt oväntat, och berättar att vi har mycket att lära oss om hur Vintergatan har utvecklats till den galax den är idag, " tillade Sanskriti.

Den nyupptäckta heta gaskomponenten har också bredare implikationer som påverkar vår övergripande förståelse av kosmos. Vår galax innehåller mycket mindre massa än vi förväntar oss:detta är känt som "problemet med saknad materia, " genom att det vi observerar inte stämmer överens med teoretiska förutsägelser.

Från dess långsiktiga kartläggning av kosmos, ESA:s rymdfarkost Planck förutspådde att knappt 5 % av massan i universum skulle existera i form av "normal" materia - den typ som utgör stjärnor, galaxer, planeter, och så vidare.

"Dock, när vi lägger ihop allt vi ser, vår figur är inte i närheten av denna förutsägelse, " tillade medförfattaren Fabrizio Nicastro från Osservatorio Astronomico di Roma–INAF, Italien, och Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, U.S.A. "Så var är resten? Vissa tyder på att det kan gömma sig i de utsträckta och massiva glororna som omger galaxer, gör vårt fynd riktigt spännande."

Eftersom denna heta komponent i Vintergatans gloria aldrig har setts förut, den kan ha förbisetts i tidigare analyser — och kan alltså innehålla en stor mängd av denna "saknade" materia.

"Dessa observationer ger nya insikter i Vintergatans termiska och kemiska historia och dess halo, och utmana vår kunskap om hur galaxer bildas och utvecklas, " sa ESA XMM-projektforskaren Norbert Schartel.

"Studien tittade på halo längs en siktlinje - den mot blazaren - så det kommer att bli enormt spännande att se framtida forskning expandera på detta."