Veel sterrenstelsels zijn omringd door een uitgestrekte wolk van ijle en warme materie, ook wel een halo van heet gas genoemd. Ook de Melkweg heeft zo’n halo. Wetenschappers schatten dat deze een massa heeft van 100 miljard zonsmassa’s, waarmee er meer materie in de halo zit dan in de galactische schijf. De halo heeft een temperatuur van miljoenen graden en het is in feite het ‘bouwmateriaal’ van de veel compactere en koelere schijf van gas en sterren – inclusief de zon – in het midden van de halo.
Wetenschappers vonden in 2024 een curieus temperatuurverschil tussen het gas boven de schijf van de Melkweg, en het gas dat zich eronder bevindt. De zuidelijk helft van de halo is tot wel twaalf procent warmer. Dat bleek uit data van het röntgenobservatorium eROSITA, dat vanuit een baan om de aarde de temperatuur van het gas in kaart bracht. Er was tot op heden geen goede verklaring voor het temperatuurverschil.
Een team wetenschappers geleid vanuit de Rijksuniversiteit Groningen vindt nu een verklaring voor de warmere zuidelijke halo. Computersimulaties laten zien dat het satellietstelsel de Grote Magelhaense Wolk – aan de zuidkant van ons sterrenstelsel – de Melkweg aantrekt en het gas daar samendrukt en opwarmt. De onderzoekers kunnen hiermee de eerdere waarnemingen van eROSITA verklaren.
Opwarmend effect
De computersimulaties bevatten drie ‘ingrediënten’: de roterende schijf van de Melkweg met relatief koud gas, de halo van veel warmer gas eromheen en een grote halo bestaande uit donkere materie. De zogenoemde hydrodynamische simulatie berekent bewegingen van deze drie ingrediënten over de loop van ongeveer een miljard jaar.
De resultaten laten zien dat de koude schijf van de Melkweg als gevolg van de zwaartekracht van de Grote Magelhaense Wolk momenteel met zo’n 40 kilometer per seconde richting het satellietstelsel beweegt. Hierbij drukt de Melkweg het gas aan de onderkant samen en warmt het materiaal volgens de berekeningen 13 tot 20 procent op. De simulatie laat ook zien dat het temperatuurverschil tussen het noordelijke en zuidelijke deel van de halo in de laatste 100 miljoen jaar is ontstaan.
“We zagen in de simulaties vrij snel dat er een opwarmend effect was”, zegt Filippo Fraternali, hoogleraar gasdynamica en de evolutie van sterrenstelsels van de Rijksuniversiteit Groningen. “Het duurde wat langer voordat we ons realiseerden wat hier aan de hand is, namelijk de compressie van gas zoals dit ook in de zuiger van een verbrandingsmotor gebeurt. Het samengedrukte gas warmt daarbij op.”
Hogesnelheidswolken
Mogelijk verklaren de simulaties meer asymmetrieën rondom de Melkweg. Zo worden er aan de noordkant van de Melkweg veel meer zogenoemde hogesnelheidswolken gezien dan aan de zuidkant. Dit zijn gebieden met gas dat doorgaans zo’n honderdmaal koeler is dan het omliggende materiaal en die met hoge snelheid om het sterrenstelsel heen bewegen. “De lagere dichtheid van het omringende gas zorgt er mogelijk voor dat deze wolken daar makkelijker kunnen ontstaan”, zegt Fraternali.
In eerste instantie waren de onderzoekers niet op zoek naar dit resultaat. De simulaties werden al in 2019 gepubliceerd om onder andere een verklaring te vinden voor gas dat rondom de Magelhaense Wolken beweegt. Op dat moment was het temperatuurverschil nog niet gevonden. “Meestal worden computermodellen ontworpen om bepaalde waarnemingen te verklaren. Het is opmerkelijk dat we het temperatuurverschil in dit geval al gemodelleerd hadden voordat het werd gevonden. Het maakt dit resultaat extra robuust”, zegt Fraternali.
Medeauteur Else Starkenburg, universitair hoofddocent aan de Rijksuniversiteit Groningen, is blij met het resultaat. “Onze verklaring voor de door eROSITA gemeten temperatuurasymmetrie is gebaseerd is op simpele en goed begrepen fysieke processen zoals we die ook vinden in bijvoorbeeld een verbrandingsmotor. Dat geeft het resultaat extra elegantie”, zo besluit ze.