Ramiona spiralne Drogi Mlecznej posiadają bardziej skomplikowane kształty niż to co do tej pory o nich wiedzieliśmy. Na przykład ostatnio astronomowie odkryli coś na kształt „złamania” w Ramieniu Strzelca. Jest to nachylone pod dziwnym kątem „wcięcie” o długości około 3000 lat świetlnych, które wygląda nieestetycznie – niczym wystające kości po źle zrośniętym złamaniu. Znajdują się tutaj cztery przepiękne mgławice: Orzeł (zawiera Filary Stworzenia), Omega, Trójlistna Koniczyna, Laguna.
Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie naukowym „Astronomy and Astrophysics”. Astronomowie ujawnili, że to „wcięcie” jest pierwszą dużą strukturą znalezioną w Drodze Mlecznej ustawioną pod zupełnie innym kątem niż ramię spiralne, w którym się znajduje. Jest to zarazem miejsce, gdzie znajdują się znane mgławice w tym mgławica Orzeł z zapierającymi dech Filarami Stworzenia.
Galaktyki spiralne usytuowane płaszczyzną rotacji względem Ziemi często ujawniają szczegółową strukturę. Od ponad 60 lat wiemy również, że nasza Galaktyka posiada podobny kształt. Niestety jesteśmy uwięzieniu w jej wnętrzu i główne struktury są przesłonięte przez obłoki pyłu. Dlatego znacznie trudniej jest znaleźć dokładne położenie ramion spiralnych Drogi Mlecznej. Większość obiektów w naszej Galaktyce nie nadaje się do dokładnych pomiarów odległości za pomocą naziemnych teleskopów – co sprawia, że próby mapowania, w jaki sposób ramiona spiralne wiją się w Drodze Mlecznej, są frustrująco niedokładne.
W innych galaktykach spiralnych często występują podstruktury takie, jak krótkie ramiona (ang. spurs), pióra (ang. feathers) i gałęzie (ang. branches). Ostatnio odkryto w Drodze Mlecznej prawdopodobnie pierwsze pióro zwane „falą Gangotri”, które łączy Ramię Węgielnicy i Ramię Trzy-kiloparsekowe. Nowa znaleziona struktura może być krótkim ramieniem lub czymś do tej pory nie nazwanym. Ta struktura znajduje się niedaleko linii łączącej Słońce ze środkiem Galaktyki.
Wcięcie lub załamanie w Ramieniu Strzelca w Drodze Mlecznej, które zostało wyznaczone na podstawie obserwacji grupy gwiazd i obłoków z powstającymi gwiazdami. Wstawka prezentuje wielkość tej nowej struktury oraz jej odległość od Słońca. W tym „wcięciu” znajdują się cztery przepiękne mgławice: Orzeł (zawiera Filary Stworzenia), Omega, Trójlistna Koniczyna, Laguna. Źródło: NASA/JPL-Caltech
Zawodowi astronomowie i miłośnicy astronomii poświęcili wiele godzin na obserwacje fragmentów tego krótkiego ramienia, ale go nie zauważyli. Kluczem do identyfikacji tej struktury były znajdujące się tutaj wcześniej wymienione mgławice Orzeł, Omega, Trójlistna Koniczyna, Laguna. Mniej precyzyjne pomiary odległości do tych mgławic w latach 50-tych XX wieku doprowadziły astronomów do odkrycia Ramienia Strzelca – a tym samym spiralnej struktury Drogi Mlecznej.
W przybliżeniu kształt rozwijających się od centrum ramion spiralnych w galaktykach opisuje matematyczna krzywa zwana spiralą logarytmiczną, która przecina pod stałym kątem „α” wszystkie półproste wychodzące z ustalonego punktu, nazywanego biegunem spirali. Kąt α nazywany jest kątem nachylenia i dla okręgu jego wartość wynosi zero (α=0°). Główne Ramię Strzelca nachylone jest pod kątem 12 stopni (α=12°), zaś struktura opisana w omawianej publikacji – pod kątem 57 stopni (α=57°).
Spirala logarytmiczna (po lewej) jest płaską krzywą przecinającą pod stałym kątem „α” wszystkie półproste wychodzące z ustalonego punktu. W szczególności takim kształtem można opisać ramiona spiralne galaktyk (np. Ramię Strzelca w Drodze Mlecznej α~12°). Na podstawie stopnia nawinięcia ramion spiralnych można oszacować masę supermasywnej czarnej dziury w centrum danej galaktyki (np. dla typu galaktyki spiralnej „Sa” – 100 milionów mas Słońca, „Sd” – 100 tysięcy). Na Ziemi spirala logarytmiczna występuje w strukturach biologicznych (np. na rysunku po prawej pokazano przekrój muszli łodzika, gdzie α~10°), w ramionach tropikalnych cyklonów. Źródło: Wikipedia
Od lewej do prawej – cztery mgławice: Orzeł (zawiera Filary Stworzenia), Omega, Trójlistna Koniczyna, Laguna. Mgławice są obłokami gazu i pyłu, w których powstają gwiazdy. W latach 50-tych XX wieku astronomowie zgrubnie wyznaczyli odległości do niektórych gwiazd w tych mgławicach i na tej podstawie wywnioskowali, że istnieje Ramię Strzelca. To był jeden z pierwszych dowodów na spiralną strukturę naszej Galaktyki. Natomiast w omawianej tutaj publikacji z 2021 roku, astronomowie pokazali, że te mgławice tworzą podstrukturę w ramieniu spiralnym, która jest nachylona pod innym kątem niż reszta ramienia. Źródło: NASA/JPL-Caltech
Odkrycie jest wynikiem obserwacji Kosmicznego Teleskopu Spitzera, który działał do 2020 roku i odkrył ponad 100 tysięcy bardzo młodych i do tej pory niewidocznych gwiazd w tym obszarze nieba. Ten teleskop wykonywał obserwacje w podczerwieni, czyli zakresie promieniowania elektromagnetycznego przenikającego przez obłoki pyłu międzygwiazdowego, które stanowią zaporę nie do przejścia dla światła widzialnego. Można to poglądowo sprawdzić na stronie NASA na przykładzie bajecznych mgławic Filary Stworzenia, zmieniając pozycję suwaka „Visible”↔ „Infrared”. Młodziutkie gwiazdy odkryte przez „Spitzera” zostały zbadane przez obserwatorium satelitarne GAIA, które wyznacza odległości do gwiazd i ich ruchy własne z niespotykaną do tej pory dokładnością.
Jeżeli połączymy dane Gai i Spitzera, aby ostatecznie zobaczyć szczegółową trójwymiarową mapę, to można zauważyć, że ten obszar jest dość złożony, co wcześniej nie było oczywiste - powiedział Kuhn.
Nadal konieczne są pewne założenia, aby określić w przybliżeniu kształt tej struktury – szczególnie, że gorące młode gwiazdy są dobrymi wskaźnikami położenia pozostałej materii w ramieniu. Ponieważ astronomowie nadal w pełni nie rozumieją, jak powstają ramiona spiralne w galaktykach takich jak Droga Mleczna, więc wyjaśnienie mechanizmu formowania się takich podstruktur jak krótkie ramiona i innych na razie jest poza zasięgiem. Jest nadzieja, że odkrycie tak bliskiej podstruktury pozwoli ją zrozumieć.
Więcej informacji:
Publikacja naukowa: A high pitch angle structure in the Sagittarius Arm
Astronomers Find a ‘Break’ in One of the Milky Way’s Spiral Arms
Astronomers Discover 3,000-Light-Year "Break" In One Of Milky Way’s Spiral Arms
Źródło: NASA
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Na ilustracji: Wizja artystyczna Drogi Mlecznej widzianej z góry według aktualnego stanu wiedzy (2020 rok). Badania kształtu, wielkości i liczby ramion spiralnych są trudne, ponieważ jesteśmy wewnątrz naszej Galaktyki. Źródło: NASA/JPL-Caltech