Naukowcy z zespołu OGLE z Uniwersytetu Warszawskiego stworzyli nową, unikatową trójwymiarową mapę Drogi Mlecznej, która ujawnia wiele nowych, ciekawych informacji na jej temat. Artykuł, w którym badacze swą mapę opisali, trafił do prestiżowego czasopisma Science. To pierwsza całkowicie polska praca w tym czasopiśmie od 30 lat.
OGLE (ang. The Optical Gravitational Lensing Experiment) jest prowadzonym przez Obserwatorium Astronomiczne Uniwersytetu Warszawskiego projektem, którym kieruje profesor Andrzej Udalski. Projekt ten to jeden z największych na świecie fotometrycznych przeglądów nieba, w ramach którego regularnie prowadzone są obserwacje dwóch miliardów lat.
Droga Mleczna jest galaktyką spiralną z poprzeczką, czyli taką, która zwiera pas jasnych gwiazd wychodzących z jej centrum i przebiegających przez środek galaktyki. Dopiero z końców tego pasa, a nie z jądra galaktyki, wychodzą jej ramiona spiralne. W sumie Droga Mleczna posiada cztery ramiona spiralne, a jej średnica wynosi od 100 do 120 tysięcy lat świetlnych. Układ słoneczny położony jest 27 tysięcy lat świetlnych od centrum galaktyki.
Większość dotychczasowej wiedzy o kształcie i strukturze Drogi Mlecznej bazuje na pomiarach odległości Słońca od innych ciał niebieskich, radiowych obserwacjach rozmieszczenia gazu czy porównaniach do obrazów innych galaktyk. Problem w tym, że dystanse dzielące Słońce i inne obiekty mierzono pośrednio, a więc wyniki tych badań mogą w dużej mierze zależeć od już przyjętych modeli.
Badacze z Uniwersytetu Warszawskiego pragnęli stworzyć trójwymiarową mapę Drogi Mlecznej w oparciu o pomiary bezpośrednie. Ich zdaniem najlepszym sposobem na zrealizowanie tego celu byłoby skupienie się na grupie gwiazd o podobnych właściwościach, a więc po ten sposób sięgnęli.
Astronomowie zmierzyli odległości między Słońcem, a tak zwanymi cefeidami klasycznymi. Są to stosunkowo młode gwiazdy liczące do 250 milionów lat, które są pulsującymi nadolbrzymami. Ich jasność zmienia się regularnie, w okresach od kilkunastu godzin do kilkudziesięciu dni. Na wyznaczenie odległości do nich pozwala fakt, że wspomniany okres jest powiązany z jasnością danej cefeidy. Odległość wyznaczana jest na podstawie różnicy pomiędzy jasnością obserwowaną a jasnością rzeczywistą. Problem pochłaniania światła na drodze od gwiazdy do obserwatora rozwiązano wykonując obserwacje w zakresie światła podczerwonego. W tym zakresie pochłanianie jest bardzo małe, dzięki czemu odległości do cefeid można wyznaczyć z dokładnością lepszą niż 5%.
Aby stworzyć swoją mapę, astronomowie z Uniwersytetu Warszawskiego wykorzystali ponad 2400 cefeid, z których większość badacze z OGLE wykryli z pomocą warszawskiego teleskopu w Obserwatorium Las Campanas w Chile.
Artystyczna wizja zakrzywienia Drogi Mlecznej. Żółte punkty stanowią oznaczenie młodych gwiazd | Źródło: OGLE
Co nowa mapa wnosi do świata astronomii? Przede wszystkim mapa pokazuje to, że dysk Drogi Mlecznej nie jest kompletnie płaski. W rzeczywistości widać na nim zakrzywienie, które rozpoczyna się 25 tysięcy lat świetlnych od jego centrum. Istnienie zakrzywienia sugerowano wcześniej, ale dopiero teraz udało się zbadać je w trzech wymiarach w oparciu o indywidualne obiekty. Jeszcze nie ustalono, skąd zakrzywienie się wzięło, ale przypuszcza się, że mogą za nie odpowiadać oddziaływanie innych galaktyk, gazu międzygalaktycznego czy ciemnej materii.
Na mapie widać również różnice w grubości między poszczególnymi rejonami dysku galaktyki. Tam, gdzie znajduje się Układ Słoneczny Droga Mleczna posiada około 500 lat świetlnych grubości, a na brzegach już 3000 lat świetlnych grubości.
Tworząc mapę, astronomom udało się również ustalić dokładną krzywą rotacji Drogi Mlecznej. Krzywa rotacji to zależność prędkości orbitalnej gwiazd krążących wokół centrum galaktyki między ich odległością od centrum. Krzywa rotacji wyznaczona przez badaczy z OGLE posiada szerszy zakres niż te wyznaczone wcześniej i potwierdza stałą prędkość gwiazd aż po same granice dysku. To z kolei stanowi argument za istnieniem ciemnej materii.
Ostatnią ważną rzeczą, którą badacze wykazali tworząc mapę jest fakt, że cefeidy rozmieszczone są w Drodze Mlecznej w grupach o podobnym wieku. Młodsze cefeidy zlokalizowane są bliżej centrum galaktyki, a starsze dalej. To sugeruje, że te mogły powstać w podobnym momencie w przeszłości, w jednym z ramion Drogi Mlecznej, a ich dzisiejsze rozmieszczenie i częściowe rozmycie są wynikiem różnej prędkości rotacji ramion spiralnych.
Rozmieszczenie cefeid w poszczególnym wieku w Drodze Mlecznej. Czerwone punkty to gwiazdy liczące ok. 400 mln lat, a niebieskie – liczące ok. 30 mln lat | Źródło: OGLE
W przyszłości astronomowie z Uniwersytetu Warszawskiego zamierzają udoskonalić swoją mapę. Aby tego dokonać, ci zamierzają zmierzyć dystanse dzielące Słońce i pulsujące gwiazdy typu RR Lyrae.
Źródło: Urania