Do tej pory astronomowie uważali, że Ramię Perseusza posiada wąski i wyraźnie widoczny kształt. Jednak najnowsza publikacja J. Peeka ze współpracownikami pokazuje, że przynajmniej fragment Ramienia Perseusza położony na zewnątrz orbity galaktycznej Słońca może być iluzoryczny – bez jakiejkolwiek wyraźnie określonej struktury. Ta iluzja jest wynikiem złożoności – co zostało po raz pierwszy przewidziane przez W. Burtona już w 1971 roku.
Od dawna wiadomo, że nasza Droga Mleczna jest galaktyką spiralną o kształcie podobnym do smażonego jajka o cebulowatym wybrzuszeniu w centrum i cienkim, płaskim dysku składającym się z gwiazd. Przez dziesięciolecia astronomowie próbowali opracować mapę dysku Drogi Mlecznej i związanych z nim ramion spiralnych. Znane porzekadło głosi, że spoza drzew nie widać lasu i jeżeli jesteśmy w jego środku, to nie możemy dostrzec zagajników bez spojrzenia z lotu ptaka?
Wcześniejsze publikacje sugerowały, że Droga Mleczna ma strukturę spiralną określaną w języku angielskim pojęciem „grand design” („efektowny wzór”/„robiąca wrażenie konstrukcja”), z długimi, wąskimi i wyraźnie zarysowanymi ramionami spiralnymi. Jednak omawiana publikacja wskazuje na to, że przynajmniej jeden fragment zewnętrznego obszaru Drogi Mlecznej (tzn. obszaru znajdującego się poza orbitą galaktyczną Słońca) jest znacznie bardziej kłaczkowaty i chaotyczny.
Długo mieliśmy w umysłach obraz Galaktyki oparty na kombinacji pomiarów i domysłów. Niniejsza publikacja poddaje w wątpliwość ten obraz. Nie widzimy dowodów na to, że fragmenty, które połączyliśmy faktycznie są połączone – powiedział główny autor publikacji Josh Peek (the Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA).
Najważniejsze są odległości
Największym wyzwaniem podczas mapowania naszej Galaktyki jest wyznaczenie odległości do danej gwiazdy, gromady gwiazdowej lub obłoku gazowego. Najlepszą metodą są pomiary paralaksy radioźródeł zwanych maserami. Niektóre z nich można znaleźć w obszarach formowania się masywnych gwiazd. Jednakże nieuchronnie prowadzi to do luk.
Aby uzupełnić te luki, astronomowie nie badali obszaró powstawania gwiazd, ale obłoki gazowe, a konkretniej – ich ruchy. W idealnej sytuacji, mierzone składowe radialne prędkości obłoków gazowych (czyli składowe w kierunku linii obserwator – ciało niebieskie) są bezpośrednio związane z ich odległościami. Jest to spowodowane rotacją Drogi Mlecznej. Więc mierząc prędkości obłoków gazowych wyznacza się odległości, a tym samym odpowiadającą im strukturę Drogi Mlecznej.
Co w przypadku, gdy nie jest idealnie? To znaczy, gdy obłok gazowy oprócz dominującego ruchu rotacyjnego wokół centrum Drogi Mlecznej również bez wątpienia wykazuje dodatkowe przypadkowe ruchy. Czy te dodatkowe ruchy można usunąć z przygotowywanej mapy Drogi Mlecznej?
Fragmenty i zagęszczenia
Aby odpowiedzieć na to pytanie, J. Peek ze współpracownikami obserwowali nie gaz, ale pył. Ogólnie w Drodze Mlecznej, gaz i pył są ze sobą silnie związane. Więc jeżeli opracuje się mapę rozmieszczenia pierwszego, to również jest to mapa tego drugiego.
Trójwymiarowe mapy Galaktyki można stworzyć, mierząc kolory dużego zbioru gwiazd na niebie. Im więcej jest pyłu pomiędzy daną gwiazdą i naszym teleskopem, to tym bardziej czerwona wydaje się gwiazda w porównaniu do jej barwy naturalnej.
J. Peek ze współpracownikami zbadał obszar przestrzeni zwany spiralnym Ramieniem Perseusza, który znajduje się poza orbitą Słońca w dysku Drogi Mlecznej. Zostały porównane odległości wyznaczone z poczerwienienia pyłowego, z odległościami wyznaczonymi z relacji prędkości radialnymi w Drodze Mlecznej. Okazało się, że wiele z tych obłoków pyłowych nie znajduje się w odległości odpowiadającej Ramieniu Perseusza, ale rozciągają się aż na odległość około 10 tysięcy lat świetlnych.
Mimo wszystko ramiona spiralne nie są długie i wąskie – przynajmniej w tym obszarze Drogi Mlecznej. Są to fragmenty i zagęszczenia nie podobne do czegokolwiek. Jest całkiem możliwe, że zewnętrzny obszar Drogi Mlecznej przypomina najbliższą galaktykę Messier 83 z krótkimi rozdrobnionymi fragmentami ramion - wyjaśnił J. Peek.
Zdjęcie niedalekiej galaktyki Messier 83 (M83) wykonane Komicznym Teleskopem Hubble’a. Źródło: NASA, ESA, and Z. Levay (STScI/AURA) Acknowledgment: NASA, ESA, and R. Khan (GSFC and ORAU)
Astronomowie planują rozszerzyć swoje badania na obszar Drogi Mlecznej wewnątrz orbity galaktycznej Słońca, gdzie ramiona spiralne są miejscem najbardziej aktywnych procesów powstawania gwiazd. Planowane są pomiary poczerwienienia pyłowego od 1 do 2 miliardów gwiazd. Łącząc te nowe mapy rozkładu pyłu z istniejącymi przeglądami prędkości obłoków gazowych, astronomowie zamierzają opracować również udoskonaloną mapę wewnętrznych obszarów naszej Drogi Mlecznej.
Omawiana publikacja analizuje obserwacje w zakresie optycznym. Jednak w dalszej perspektywie czasowej naszą wiedzą o strukturze Drogi Mlecznej znacznie mogą rozszerzyć obserwacje satelitarne w podczerwieni za pomocą Nancy Grace Roman Space Telescope (od roku 2027?) i w zakresie optycznym – korzystając z Vera Rubin Observatory (od roku 2022–2023?). Pozwoli to w końcu sporządzić mapę naszego kosmicznego „lasu”.
Więcej informacji:
- Publikacja naukowa: Burton’s Curse: The Impact of Bulk Flows on the Galactic Longitude-Velocity Diagram and the Illusion of a Continuous Perseus Arm
- ArXiv : Burton's Curse: The Impact of Bulk Flows on the Galactic Longitude-Velocity Diagram and the Illusion of a Continuous Perseus Arm
- Our Milky Way may be more fluffy, less wiry
Źródło: STScI
Opracowanie: Ryszard Biernikowicz
Na ilustracji: wizja artystyczna fragmentu Drogi Mlecznej widzianej z góry. Ramię spiralne w sąsiedztwie Słońca jest nazwane Ramieniem Perseusza. Astronomowie opracowali mapę najbliższego fragmentu tego ramienia, mierząc położenie radioźródeł zwanych maserami (różowe kropki) i obłoków pyłowych (niebieskie kropki).
Po prawej stronie w górnym panelu zakreskowany obszar o granicach wyznaczonych na podstawie pozycji maserów i obłoków pyłu pokazuje to, co do tej pory uważano za Ramię Perseusza.
Nowe obserwacje (po prawej stronie - środkowy panel) pokazują, że niektóre z tych obłoków pyłowych są bliżej lub dalej od Słońca niż do tej pory uważano.
Z tego powodu Ramię Perseusza może być bardziej kłaczkowate i mniej wyraźnie określone (po prawej stronie - dolny panel). Źródło: Joshua Peek (STScI), Robert L. Hurt (Caltech, IPAC), Leah Hustak (STScI)
