Het afgelopen weekend heb ik backpacken in Rocky Mountain National Park, waar de nachtelijke hemel triomfantelijk stond, hoewel de met sneeuw bedekte bergtoppen en de gevaarlijk dichtbij wilde dieren wankelend waren. Zonder vuur vormden de sterren, een paar planeten en de verrassend heldere Melkweg het enige licht dat onze weg leidde.
Maar de nachtelijke hemel zoals gezien door het menselijk oog is relatief donker. Weinig zichtbaar licht dat zich over de kosmos uitstrekt van sterren, nevels en sterrenstelsels, bereikt de aarde eigenlijk. De hele nachtelijke hemel, gezien door een röntgendetector, gloeit echter zwakjes.
Over de oorsprong van de zachte röntgenstraling die de lucht doordringt, wordt de afgelopen 50 jaar veel gediscussieerd. Maar nieuwe bevindingen tonen aan dat het zowel van binnen als van buiten het zonnestelsel komt.
Tientallen jaren van het in kaart brengen van de lucht in röntgenstralen met energieën van ongeveer 250 elektronvolt - ongeveer 100 keer de energie van zichtbaar licht - onthulden zachte emissie door de lucht. En astronomen hebben lang naar de bron gezocht.
In eerste instantie stelden astronomen een 'lokale hete bubbel' van gas voor - waarschijnlijk gebeeldhouwd door een nabijgelegen supernova-explosie in de afgelopen 20 miljoen jaar - om de röntgenachtergrond te verklaren. Door verbeterde metingen werd het steeds duidelijker dat de zon zich in een gebied bevindt waar interstellair gas ongebruikelijk schaars is.
Maar de verklaring van de lokale bubbels werd uitgedaagd toen astronomen zich realiseerden dat kometen een onverwachte bron van zachte röntgenstralen waren. In feite kan dit proces, bekend als de uitwisseling van zonnewindlading, plaatsvinden overal waar atomen interageren met zonnewindionen.
Na deze ontdekking richtten astronomen hun ogen op het zonnestelsel en begonnen zich af te vragen of de röntgenachtergrond geproduceerd zou kunnen worden door de geïoniseerde deeltjes in de zonnewind die botsen met diffuus interplanetair gas.
Om het opmerkelijke mysterie op te lossen, heeft een team van astronomen onder leiding van Massimilliano Galeazzi van de Universiteit van Miami een röntgeninstrument ontwikkeld dat de nodige metingen kan uitvoeren.
Galeazzi en collega's herbouwden, testten, kalibreerden en pasten röntgendetectoren aan die oorspronkelijk waren ontworpen door de Universiteit van Wisconsin en die op klinkende raketten vlogen in de jaren zeventig. De missie heette DXL, voor diffuse röntgenstraling van de lokale melkweg.
Op 12 december 2012 werd DXL gelanceerd vanaf de White Sands Missile Range in New Mexico bovenop een NASA Black Brant IX-klinkende raket. Het bereikte een piekhoogte van 160 mijl en verbleef in totaal vijf minuten boven de atmosfeer van de aarde.
Uit de verzamelde gegevens blijkt dat de emissie wordt gedomineerd door de lokale hete bubbel, met maximaal 40 procent afkomstig uit het zonnestelsel.
"Dit is een belangrijke ontdekking", zegt hoofdauteur Massimiliano Galeazzi van de Universiteit van Miami in een persbericht. "Meer specifiek, het bestaan of niet-bestaan van de lokale bel beïnvloedt ons begrip van de melkweg in de nabijheid van de zon en kan worden gebruikt als basis voor toekomstige modellen van de melkwegstructuur."
Het is nu duidelijk dat het zonnestelsel momenteel door een kleine wolk van koud interstellair gas gaat terwijl het door de Melkweg beweegt.
De neutrale waterstof- en heliumatomen van de wolk stromen met ongeveer 56.000 mph (90.000 km / h) door het zonnestelsel. De waterstofatomen ioniseren snel, maar de heliumatomen reizen langs een pad dat grotendeels wordt bepaald door de zwaartekracht van de zon. Hierdoor ontstaat een heliumfocuskegel - een wind die stroomafwaarts van de zon is gericht - met een veel grotere dichtheid van neutrale atomen. Deze botsen gemakkelijk met zonnewindionen en zenden zachte röntgenstralen uit.
De bevestiging van de lokale hete bel is een belangrijke ontwikkeling in ons begrip van het interstellaire medium, wat cruciaal is voor het begrijpen van stervorming en evolutie van sterrenstelsels.
"Het DXL-team is een buitengewoon voorbeeld van interdisciplinaire wetenschap en brengt astrofysici, planetaire wetenschappers en heliofysici samen", zegt co-auteur F. Scott Porter van NASA's Goddard Space Flight Center. "Het is ongebruikelijk maar zeer lonend wanneer wetenschappers met zulke uiteenlopende interesses samenkomen om zulke baanbrekende resultaten te behalen."
Het artikel is gepubliceerd in Nature.
