Wykorzystując dane z przeglądu VISTA Magellanic Clouds (VMC) Survey, naukowcy potwierdzili istnienie wydłużonych orbit, które są podstawą procesu formowania się galaktycznych poprzeczek. W metodzie wykorzystano wielokrotne obserwacje obrazowe do skonstruowania mapy prędkości gwiazd w centralnym regionie Wielkiego Obłoku Magellana.
Wielki Obłok Magellana (LMC) jest widoczny nieuzbrojonym okiem z półkuli południowej, ponieważ jest najjaśniejszą i najbardziej masywną galaktyką satelitarną Drogi Mlecznej. LMC jest bogaty w gwiazdy o szerokim zakresie widmowym, od nowo powstałych do tak starych jak Wszechświat. Jest klasyfikowana jako galaktyka nieregularna, ponieważ charakteryzuje się pojedynczym ramieniem spiralnym i poprzeczką, która jest przesunięta względem środka dysku.
Struktury gwiazdowe poprzeczki są powszechną cechą galaktyk spiralnych. Uważa się, że powstają one w wyniku niewielkich perturbacji w dysku gwiazdowym, które wyrywają gwiazdy z ich ruchu kołowego i zmuszają je do poruszania się po wydłużonych orbitach – wyjaśnia Florian Niederhofer, pierwszy autor opublikowanych właśnie badań. Szczególnym rodzajem orbit są te, które są wyrównane z główną osią poprzeczki. Uważa się je za „kręgosłup” gwiazdowych poprzeczek i stanowią główną podporę ich struktury. Teleskop VISTA został stworzony do przeglądu nieba południowego na długościach fal bliskiej podczerwieni w celu badania źródeł, które emitują w tym zakresie widma, ze względu na ich naturę lub obecność pyłu. Wykorzystując dane z przeglądu VMC, zespół znalazł pierwsze bezpośrednie dowody na istnienie takich orbit w obrębie poprzeczki LMC. VMC to przegląd Układu Magellana mający na celu badanie zawartości gwiazd i dynamiki naszych najbliższych pozagalaktycznych sąsiadów.
Zespół naukowców opracował zaawansowaną metodę dokładnego wyznaczania ruchów właściwych gwiazd w Obłokach Magellana. W nowych badaniach metoda ta została zastosowana do centralnej części LMC. Na podstawie zmierzonych wartości autorzy obliczyli rzeczywiste ruchy gwiazd wewnątrz LMC, tworząc szczegółowe mapy prędkości wewnętrznej struktury prędkości galaktyki. Oszałamiający poziom szczegółowości map prędkości pokazuje, jak bardzo poprawiła się nasza metoda w porównaniu z wczesnymi pomiarami sprzed kilku lat – mówi Thomas Schmidt, współautor i doktorant w AIP. Ku zdumieniu badaczy, ich mapy ujawniły wydłużone ruchy gwiazd, które są zgodne ze strukturą i orientacją poprzeczki.
Dzięki bliskiej odległości, wynoszącej około 163 000 lat świetlnych, możemy obserwować pojedyncze gwiazdy w Obłokach Magellana za pomocą naziemnych teleskopów, takich jak VISTA – mówi Maria-Rosa Cioni, główna badaczka projektu VMC i kierownik sekcji Galaktyk Karłowatych i Galaktycznego Halo w AIP. Dlatego też galaktyki te stanowią dla nas wyjątkowe laboratorium, w którym możemy bardzo szczegółowo badać procesy kształtujące i formujące galaktyki. Wielkim zainteresowaniem cieszy się dynamika gwiazd, ponieważ niosą one cenne informacje o powstawaniu i ewolucji galaktyk. Jednak przez długi czas jedynym źródłem informacji o dynamice były jednowymiarowe prędkości gwiazd w linii widzenia. Prędkości te można łatwo zmierzyć za pomocą spektroskopowych przesunięć dopplerowskich, które polegają na tym, że obserwowane światło gwiazdy wydaje się bardziej niebieskie lub bardziej czerwone w zależności od tego, czy się do nas zbliża, czy oddala. Aby uzyskać pełne trójwymiarowe prędkości gwiazd, konieczna jest znajomość ruchów właściwych gwiazd, czyli pozorny dwuwymiarowy ruch w płaszczyźnie nieba. Ruchy te można uzyskać poprzez wielokrotne obserwacje tych samych gwiazd w określonym czasie, zwykle kilku lat. Przesunięcia gwiazd są następnie określane w odniesieniu do pobliskich obiektów odniesienia. Obiektami tymi mogą być np. bardzo odległe galaktyki tła, co do których można założyć, że znajdują się w spoczynku ze względu na ich duże odległości, lub gwiazdy o znanych już ruchach właściwych.
Ponieważ obserwowane ruchy gwiazd widziane z Ziemi są bardzo małe, precyzyjne pomiary wciąż stanowią wyzwanie. W odległości Obłoków Magellana obserwowane ruchy gwiazd są rzędu milisekund łuku na rok.
Nasze odkrycie stanowi ważny wkład w badania właściwości dynamicznych galaktyk z poprzeczką, ponieważ Obłoki Magellana są obecnie jedynymi galaktykami, w których takie ruchy mogą być badane za pomocą ruchów właściwych gwiazd. W przypadku bardziej odległych galaktyk jest to nadal poza naszymi możliwościami technicznymi – mówi Florian Niederhofer. W sumie potrzeba było 9 lat obserwacji, aby zgromadzić wystarczającą liczbę obrazów, które pozwolą zmierzyć te drobne ruchy. Ten nieoczekiwany pomiar jest uzupełnieniem wielu ważnych wyników uzyskanych przez zespół VMC – dodaje z dumą Maria-Rosa Cioni.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Stellar motions reveal backbone of the Large Magellanic Cloud
- The VMC survey – XLVI. Stellar proper motions in the centre of the Large Magellanic Cloud
Źródło: AIP
Na ilustracji: Galaktyka spiralna z poprzeczką NGC 1300. Galaktyki spiralne z poprzeczką różnią się od zwykłych galaktyk spiralnych tym, że ramiona galaktyki nie biegną spiralnie aż od centrum, lecz są połączone dwoma końcami prostej poprzeczki gwiazd zawierających jądro jej centrum. Źródło: NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA).
