Galaktyka w 3D. Polscy naukowcy stworzyli trójwymiarową mapę Drogi Mlecznej

Polscy astronomowie z Uniwersytetu Warszawskiego (UW) opracowali trójwymiarową mapę Drogi Mlecznej, naszej rodzimej galaktyki. Co więcej, dzięki obserwacji cefeid, gwiazd tysiące razy jaśniejszych od Słońca, udało się im także pokazać kształt dysku galaktyki. Nie jest płaski, co dotąd jedynie podejrzewano, a w finezyjny sposób zakrzywiony na brzegach.

Od czasów Galileusza, który jako pierwszy skierował teleskop na Drogę Mleczną, kolejne pokolenia naukowców pochłaniały prace nad historią galaktyki, która może powiedzieć dużo o nas samych. Polskim astronomom pracującym przy projekcie "The Optical Gravitational Lensing Experiment" (OGLE) na Uniwersytecie Warszawskim udało się stworzyć unikalną w skali światowej, trójwymiarową mapę Drogi Mlecznej. Dokonanie polskich naukowców zostało opublikowane w magazynie "Science". "Precyzyjny obraz naszej galaktyki dostarcza wielu nowych informacji dotyczących budowy i historii systemu gwiazdowego, w którym mieszkamy" - zapewniają naukowcy.

Do tej pory odległości do badanych elementów naszej galaktyki - a także galaktyk sąsiadujących - były wyznaczane pośrednio, w sposób mocno uzależniony od przyjętych modeli. Obiektami, które naukowcy potraktowali jako idealne do dokładnego zmapowania Drogi Mlecznej okazały się cefeidy, wyjątkowo jasne gwiazdy, tysiące razy jaśniejsze od Słońca pulsujące nadolbrzymy. Są to gwiazdy stosunkowo młode czyli posiadające mniej niż 250 mln lat.

Zobacz wideo
Na podstawie okresu pulsacji możemy wyznaczyć jasność rzeczywistą cefeidy i porównując ją z jasnością obserwowaną gwiazdy obliczamy precyzyjnie jej odległość

- wyjaśnia dr Dorota Skowron, liderka zespołu tworzącego mapę Drogi Mlecznej. I dodaje:

Pewnym utrudnieniem w uzyskaniu dokładnych wyników jest pochłanianie światła na drodze od gwiazdy do obserwatora ziemskiego, ale astronomowie radzą sobie z tym problemem przez wykonywanie obserwacji w zakresie promieniowania podczerwonego, gdzie pochłanianie jest bardzo małe. Odległości do cefeid można wyznaczyć z dokładnością lepszą niż 5 proc.

Galaktyka w 3D

Zespół astronomów z projektu OGLE w celu stworzenia trójwymiarowej mapy galaktyki posłużył się danymi pochodzącymi z 2,4 tys. cefeid. Większość z tych gwiazd to nowo odkryte obiekty, odkryte dzięki obserwacjom przeprowadzanym w chillijskim obserwatorium Las Campanas.

Projekt OGLE to jeden z największych na świecie przeglądów fotometrycznych nieba, obserwuje regularnie ponad dwa miliardy gwiazd. Kolekcje różnorodnych typów gwiazd zmiennych, w tym cefeid z Galaktyki i sąsiednich Obłoków Magellana, należą do największych we współczesnej astrofizyce i są podstawą do różnorodnych badań Wszechświata

- wyjaśnia kierownik projektu OGLE, prof. Andrzej Udalski.

Precyzyjnie wyznaczone odległości cefeid wypełniających dysk galaktyczny pozwoliły na dokładną analizę jego budowy. Słońce znajduje się około 50 lat świetlnych powyżej płaszczyzny dysku. Co ciekawe, mapa pokazała, że dysk galaktyczny jest płaski do odległości 25 tys. lat świetlnych od centrum galaktyki, a dalej ulega zakrzywieniu - aż po same krańce.

Zakrzywienie dysku podejrzewano już wiele lat temu, ale dopiero teraz po raz pierwszy możemy użyć indywidualnych obiektów do badania jego kształtu w trzech wymiarach. Zakrzywienie dysku może być spowodowane oddziaływaniami z innymi galaktykami, wpływem gazu międzygalaktycznego lub tzw. ciemnej materii

- tłumaczy Przemek Mróz, doktorant UW, badający parametry dysku Galaktyki.

Po raz pierwszy określono również dokładnie grubość dysku galaktyki, która jest zmienna. Wynosi ona ok. 500 lat świetlnych w odległości Słońca i osiąga ponad 3 tys. na samych krańcach. Polscy astronomowie poszli dalej i określili także dokładną krzywą rotacji galaktyki. Całość prezentuje się zjawiskowo.

Kosmiczna finezja dysku galaktycznego Drogi MlecznejKosmiczna finezja dysku galaktycznego Drogi Mlecznej Uniwersytet Warszawski

Nasza krzywa rotacji galaktyki sięga daleko poza zakres dotychczasowych badań i potwierdza stałą prędkość orbitalną gwiazd, praktycznie aż do granic dysku. Taki jej kształt jest jednym z podstawowych argumentów na rzecz istnienia tzw. ciemnej materii w galaktyce

- dodaje Przemek Mróz.

Symulacja galaktyki

Jak tłumaczą naukowcy, wiek cefeid jest połączony z ich okresem pulsacji. Na tej podstawie wykonali tomografię wieku pulsujących olbrzymów naszej galaktyki. Okazało się, że wiele z nich jest w podobnym wieku. Młodsze są zlokalizowane bliżej centrum galaktyki, a starsze - na obrzeżach.

Zbliżony wiek struktur wskazuje, że musiały one powstać w podobnym momencie w przeszłości, w jednym z ramion spiralnych galaktyki. Ich dzisiejsze rozmieszczenie w dysku i częściowe rozmycie jest wynikiem różnej prędkości rotacji w galaktyce ramion spiralnych (gazowych struktur, w których młode gwiazdy, m.in. cefeidy, powstają) oraz rotacji gwiazd

- zauważył dr Jan Skowron.

Symulacja przeprowadzona przez polskich astronomówSymulacja przeprowadzona przez polskich astronomów Uniwersytet Warszawski

Na podstawie tej hipotezy polscy naukowcy pokusili się także o symulację, która wskazała możliwy sposób formowania się układu cefeid w naszej galaktyce na przestrzeni milionów lat. Jak dowiedli naukowcy, rzeczywisty układ od tego, który symulowano różnił się wyjątkowo nieznacznie, co ostatecznie potwierdziło obranie przez naukowców właściwej metody modelowania.