En banbrytande studie av ursprunget till moln med mellanhastighet (IVC) utmanar en 20 år gammal teori och föreslår en ny era av djuprymdforskning.
Forskare vid Nagoya University i Japan upptäckte att IVC har mycket lägre tunga element än vad som tidigare rapporterats. Istället för att materialen ständigt återvinns som vatten i en fontän, tyder deras fynd på att partiklarna som gör molnen har sitt ursprung utanför vår galax. Gruppen publicerade sina resultat i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
IVC är en typ av interstellära moln som kännetecknas av sin hastighet. De finns på höjder av tusentals ljusår bort i hela Vintergatan. Gasmoln är viktiga eftersom de är källor till de element som möjliggör stjärnbildning och skapandet av planetsystem.
I den konventionella modellen släpps element tillbaka till det interstellära mediet när stjärnor dör i händelser som kallas supernovor. Detta material återinkorporeras sedan i gasmoln. Enligt denna modell genereras de tunga elementen i IVC genom kärnfusionsreaktioner och supernovaexplosioner i vår galax.
Med hjälp av en dammkarta från Planck-satelliten och en karta över radiovågor som sänds ut från väte, har Takahiro Hayakawa och Yasuo Fukui från Nagoya University förbättrat denna teori genom att skapa den första exakta kartan som beskriver fördelningen av tunga grundämnen i gasmoln som faller in i Galactic Plan.
Det galaktiska planet är en platt struktur inom Vintergatans galax, där stjärnor, gas och stoft är koncentrerade, och där astronomiska fenomen som stjärnbildning inträffar, "faller" gaser in i planet från det intergalaktiska mediet som drivs av gravitationen.
Genom att analysera IVC och höghastighetsmoln blev forskarna förvånade över att finna att mängden tunga element i IVC:erna skiljer sig från tidigare modeller. Deras upptäckt utmanar den traditionella Galactic Fountain Model, ett teoretiskt ramverk som används för att beskriva gasens kretslopp i vår galax.
"Den galaktiska fontänmodellen beskriver cykeln av gas som blåses ut från det galaktiska planet av händelser som supernovaexplosioner och sedan faller tillbaka, liknande hur en fontän kontinuerligt återanvänder vatten," sa Hayakawa. "Forskare citerar ofta modellen för att förklara IVC eftersom de trodde att dessa moln hade metalliciteter som liknar dem hos stjärnorna som förmodas producerade dem."
Metalliciteter hänvisar till överflöd av element tyngre än helium i astronomiska objekt som stjärnor och galaxer. Hayakawa fortsatte, "Men våra resultat visar mycket lägre metalliciteter hos IVC, vilket tyder på att IVC är sammansatta av urgas som härstammar från utanför vår galax."
Genom att använda data från Planck-satelliten och använda toppmoderna observationstekniker baserade på tidigare publicerade högupplösta kartor och avancerade statistiska analyser, uppnådde de oöverträffad precision i sina mätningar och mängden data.
"Denna forskning kommer att bryta det 20-åriga dödläget om ursprunget till gasmoln som faller in i galaxen," sa Hayakawa. "Det kan lösa ett långvarigt dilemma, G-dvärgproblemet, som säger att gamla stjärnor på 10 miljarder år i solens närhet uppvisar hög metallicitet som liknar Vintergatans nuvarande metallicitet."
Forskarna förväntar sig att deras forskning ska leda till nytt arbete om galaxens tillväxt och evolution i en skala av 10 miljarder år. Implikationerna av denna forskning sträcker sig långt bortom vår galax och ger insikter om utvecklingen av andra galaxer i hela universum.
Mer information: Takahiro Hayakawa et al., Damm-till-neutral gasförhållande för H i-molnen med mellan- och höghastighet, härledd baserat på sub-mm stoftutsläpp för hela himlen, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI:10.1093/mnras/stae302
Tillhandahålls av Nagoya University
