Astronomowie już od paru dziesięcioleci wiedzą, że dysk galaktyczny naszej Drogi Mlecznej jest silnie zniekształcony na jej brzegach. Jednak od niedawna mogą też śledzić rotację tego odkształcenia, które porusza się wokół centrum galaktyki.
Obrazy galaktyk, zarówno tych leżących w pobliżu nas, jak i tych dość daleko od nas, to bardzo często wielkie spirale, wiry świetlistej materii, które są jak gdyby zamrożone w czasie. Ale w rzeczywistości galaktyki spiralne są w ciągłym ruchu.
Dla przykładu: Słońce wiruje wokół centrum naszej galaktyki z prędkością około 230 kilometrów na sekundę. Większość gwiazd w obrębie Drogi Mlecznej porusza się po okręgach wokół jej centrum – ale nie wszystkie. Już dalej od centrum Droga Mleczna jest silnie wypaczona – z jednej stroną dysku galaktycznego skierowaną nieco w górę, z drugiej w dół. Gwiazdy na obrzeżach dysku podążają za tym zniekształceniem, poruszając się tam w dłuższych okresach w górę i w dół, niczym łodzie na fali.
Naukowcy w ostatnim czasie dokładniej zmierzyli ich ruchy, używając do tego celu danych z satelity Gaia (Europejska Agencja Kosmiczna – ESA). Zebrane z jego pomocą pomiary położeń gwiazd dały pewne oszacowanie dla niesamowitej prędkości, z jaką wypaczenie dysku galaktycznego wiruje wokół środka Drogi Mlecznej. Wyniki tych badań pojawiły się 2 marca 2020 roku w czasopiśmie „Nature Astronomy”.
Naukowcy od dawna wiedzą, że podczas gdy wewnętrzne 20 000 lat świetlnych dysku Drogi Mlecznej jest płaskie niczym bardzo cienki naleśnik, to już zewnętrzne krawędzie Galaktyki wykrzywiają się w obie strony. Orbita Słońca przebiega niemal dokładnie poza tym płaskim obszarem. Jeśli więc spojrzymy na nocne niebo w kierunku przeciwnym do centrum naszej galaktyki (położonego w gwiazdozbiorze Strzelca), ujrzymy na własne oczy gwiazdy należące w dużej mierze do zewnętrznych obszarów Galaktyki, gdzie zaczyna działać efekt zniekształcenia jej dysku.
Efekt wypaczenia jest przy tym subtelny – w rzeczywistości astronomowie po raz pierwszy zauważyli go dopiero w sygnaturze obojętnego gazu wodorowego obecnego także na galaktycznych obrzeżach. Gaz ten można śledzić lepiej na większych odległościach niż gwiazdy. Ale dziś satelita Gaia potrafi też mierzyć pozycje oraz ruchy własne ponad miliarda gwiazd Drogi Mlecznej. W zeszłym roku naukowcy wykorzystali dane z misji Gaia dotyczące pewnej klasy gwiazd zmiennych (Cefeid), aby sporządzić dokładną mapę kształtu zniekształcenia dysku. Teraz z kolei Eloisa Poggio (Istituto Nazionale di Astrofisica – INAF) i jej zespół ponownie powrócili się do danych misji Gaia, aby zobaczyć, jak to wypaczenie porusza się wokół centrum Drogi Mlecznej.
Naukowcy rozpoczęli badania od wybrania ponad 12,6 miliona olbrzymich gwiazd z katalogu Gaia, przyjrzawszy się wcześniej, jak bardzo przemieszczają się one w górę lub w dół w stosunku do płaszczyzny galaktycznej. Choć ruchy tych gwiazd mierzono tylko w krótkim okresie, dane te dostarczyły informacji wystarczających do przewidzenia przyszłych ruchów wypaczenia dyskowego.
Na ilustracji: Rozmiar widocznego zakrzywienia dysku Drogi Mlecznej.
Źródło: Stefan Payne-Wardenaar; Magellanic Clouds: Robert Gendler / ESO
To tak, jakby mieć samochód i próbować mierzyć prędkość i kierunek jazdy tego samochodu w bardzo krótkim czasie, a następnie, w oparciu o te zmierzone wartości, próbować modelować przeszłość i przyszłość trajektorii samochodu – dodaje współautor pracy, Ronald Drimmel (Turin Astrophysical Observatory, Włochy). Podobnie, mierząc ruchy milionów gwiazd na niebie, możemy modelować procesy takie jak ruch zniekształcenia dysku w dużej skali.
Naukowcy odkryli, że wypaczenie dysku porusza się wraz jego ruchem wirowym, w tym samym kierunku – zgodnie z kierunkiem obrotu całej galaktyki, z prędkością przyrastającą o około 10 km/s na kiloparsek od centrum galaktyki. Oznacza to, że na przykład w miejscu orbity Słońca, w odległości 26 000 lat świetlnych (8 kiloparseków) od centrum, zniekształcenie przesuwa się z prędkością 80 km/s, więc nasza gwiazda szybko wyprzedza tę falę zniekształcenia, z którą „płynie” w galaktyce. Podczas gdy Słońcu pełen obrót wokół środka galaktyki zajmuje około 250 milionów lat, dla wypaczenia dyskowego taki obrót trwa znacznie dłużej – około 600–700 milionów lat. Jaki stąd wniosek? Odkształcenie dysku Drogi Mlecznej nie jest stałe, jego orientacja przestrzenna zmienia się w czasie na skutek precesji.
Struktura ta wciąż obraca się znacznie szybciej, niż przewidują to niektóre teorie dotyczące budowy galaktyk. Pomimo niepewności pomiarów szybkości obrotu wypaczenia otrzymane teraz wyniki są na tyle wiarygodne, że można z nich wysnuć wniosek, że zniekształcenia tego kiedyś w dysku naszej galaktyki nie było. Co je wywołało? Badacze sądzę, że stosunkowo niedawna interakcja z inną galaktyką karłowatą – sugerowana przez kilka innych bezpośrednich obserwacji Drogi Mlecznej – mogła tymczasowo wyrwać naszą galaktykę z jej pierwotnego, bardziej „płaskiego” stanu.
Czytaj więcej:
- Cały artykuł
- Film ilustrujący zniekształcenie Drogi Mlecznej
- Gaia rozplątuje gwiezdne sznury Drogi Mlecznej
Źródło: Sky & Telescope
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na ilustracji: Dane z misji Gaia prowadzonej przez Europejską Agencję Kosmiczną pokazują, że wypaczenie dysku Drogi Mlecznej podlega zjawisku precesji, zasadniczo poruszając się podobnie jak oś naszej Ziemi. Zespół zebrał dane na temat olbrzymich gwiazd położonych w odległości do 52 000 lat świetlnych od centrum naszej Galaktyki.
Źródło: Stefan Payne-Wardenaar; Inset: NASA / JPL-Caltech; Layout: ESA
