Nowa trójwymiarowa mapa Drogi Mlecznej pokazuje blisko 66 000 gwiazd zmiennych i ujawnia nowe szczegóły dotyczące kształtu naszej Galaktyki

W XVII wieku Galileo Galilee wycelował swój teleskop w gwiazdy i wykazał (po raz pierwszy), że Droga Mleczna nie jest mglistym pasmem, ale zbiorem odległych gwiazd. Doprowadziło to do odkrycia, że ​​nasze Słońce jest tylko jedną z niezliczonych gwiazd w znacznie większej strukturze: Galaktyce Drogi Mlecznej. W XVIII wieku William Herschel został pierwszym astronomem, który stworzył mapę, która próbowała uchwycić kształt Drogi Mlecznej. Nawet po tak długim czasie i odkryciu, astronomów wciąż trapi problem perspektywy.

Chociaż byliśmy w stanie stosunkowo łatwo scharakteryzować galaktyki, które widzimy w kosmosie, astronomom trudno jest badać rozmiar, kształt i populację Drogi Mlecznej ze względu na sposób, w jaki nasz Układ Słoneczny jest osadzony w jej dysku. Na szczęście istnieją metody obejścia tego problemu z perspektywą, które dostarczyły astronomom wskazówek na te pytania. W niedawnym artykule zespół z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego wykorzystał dużą kolekcję gwiazd zmiennych Mira do prześledzenia kształtu Drogi Mlecznej, co przyniosło kilka interesujących wyników!

Zespołem badawczym kierował Patryk Iwanek, astronom z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego. Artykuł opisujący ich odkrycia, zatytułowany „ Trójwymiarowa mapa Drogi Mlecznej z wykorzystaniem 66 000 gwiazd zmiennych Mira ”, jest recenzowany do publikacji w Astrophysical Journal Supplement Series. Na potrzeby swoich badań zespół przeanalizował dane dotyczące 65 981 gwiazd typu Mira zaobserwowanych przez Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE), długoterminowy przegląd nieba gwiazd zmiennych na Uniwersytecie Warszawskim. Od 1992 roku OGLE monitoruje jasność około dwóch miliardów gwiazd w Drodze Mlecznej i Obłokach Magellana, zapewniając wgląd w szeroki zakres zjawisk astronomicznych.

Projekt OGLE, znany również jako Optical Gravitational Lensing Experiment, jest jednym z największych przeglądów nieba na świecie. Jest to długoterminowy przegląd nieba, który monitoruje jasność około dwóch miliardów gwiazd w Drodze Mlecznej i Obłokach Magellana. W swojej długiej historii przegląd OGLE znacząco przyczynił się do badania szerokiego zakresu zjawisk astronomicznych, w tym soczewkowania grawitacyjnego i mikrosoczewkowania, planet pozasłonecznych, gwiazd zmiennych, kosmicznej skali odległości oraz struktury i ewolucji Drogi Mlecznej i Obłoków Magellana.

Gdy gwiazdy zbliżają się do końca fazy ciągu głównego, wyczerpują swoje zapasy paliwa wodorowego i zaczynają zużywać hel. To powoduje, że rozszerzają się do kilkukrotnie większych rozmiarów i stają się ciemniejsze i chłodniejsze niż gwiazdy ciągu głównego – stąd termin Czerwone Olbrzymy. Zmienne Mira to specjalna klasa pulsujących czerwonych olbrzymów, których okresy wahają się od 80 do ponad 1000 dni. Są częścią asymptotycznej gałęzi olbrzymów (AGB) diagramu Hertzsprunga-Russella , który obejmuje wszystkie gwiazdy o masie mniejszej niż 5-8 mas Słońca.

Duże zmiany jasności gwiazd pulsujących (podobnie jak innych gwiazd zmiennych) czynią je bardzo przydatnymi dla astronomów do mierzenia odległości i przestrzennego rozmieszczenia gwiazd w galaktykach.

Gwiazdy te podążają za dobrze zdefiniowaną relacją okres-jasność, co oznacza, że ​​znając ich okresy pulsacji, możliwe jest obliczenie ich wielkości bezwzględnych, a następnie określenie ich odległości. Ta cecha sprawia, że ​​Miras jest doskonałym wskaźnikiem kosmicznej odległości. Korzystając z ich precyzyjnie zmierzonych odległości, można badać trójwymiarowe rozmieszczenie gwiazd w naszej galaktyce.

Co więcej, wysoka jasność Miras, która jest o rzędy wielkości większa niż jasność Słońca, umożliwia obserwację tych gwiazd nie tylko w Drodze Mlecznej, ale także w innych pobliskich galaktykach (np. M31 czy Obłokach Magellana). Badanie zmiennych Mira może pomóc w zrozumieniu struktury i ewolucji galaktyk.wyjaśnił Iwanek.

Do swoich badań zespół wykorzystał 65 981 gwiazd zmapowanych przez OGLE, które należą do kategorii zmiennych Mira. Wzięli również pod uwagę niepewność odległości, wdrażając Bayesowską Metodę Hierarchiczną (BHM), model statystyczny, w którym wyciąga się wnioski na temat większej populacji na podstawie danych z mniejszych próbek (pogrupowanych hierarchicznie). Na tej podstawie byli w stanie stworzyć szczegółową mapę 3D naszej galaktyki złożoną z młodych i średniowiecznych populacji gwiazd. Ich analiza dostarcza niezależnych dowodów na obecność wybrzuszenia w kształcie litery X i rozszerzonego dysku.

Na podstawie próbki 66 000 zmiennych Mira zmierzyliśmy i potwierdziliśmy kąt poprzeczki Galaktyki (równy ~20° do środkowej linii wzroku Słońca i Galaktyki). Ale co ważniejsze, pokazaliśmy, że w centrum Galaktyki istnieje struktura [w kształcie litery X]. Kształt litery X to dodatkowa struktura w gęstej, centralnej części Drogi Mlecznej, Galaktyczne zgrubienie, utworzone przez dwie nakładające się grupy gwiazd. Uważa się, że struktura ta jest spowodowana ruchami i interakcjami gwiazd w zgrubieniu. Może to być wspólna cecha galaktyk spiralnych z poprzeczką (podobnych do naszej Drogi Mlecznej).powiedział Iwanek.

Niniejsze badanie opiera się na wcześniejszych pracach przeprowadzonych przez astronomów z Uniwersytetu Warszawskiego, Ohio State University (OSU) oraz University of Warwick (których Iwanek był współautorem). W tym badaniu (opublikowanym w 2019 r.) Iwanek i jego współpracownicy wykorzystali dane dotyczące gwiazd zmiennych cefeid, aby stworzyć trójwymiarową mapę Drogi Mlecznej. Ta mapa ujawniła strukturę Drogi Mlecznej i pozwoliła zespołowi ograniczyć wypaczoną naturę dysku Drogi Mlecznej. Jak wyjaśnił Iwanek:

Klasyczne cefeidy i zmienne Mira to gwiazdy z różnych populacji. Te pierwsze są młode (mają około 100-200 mln lat), drugie są w wieku średnim (między 3 a 9 mld lat). Oznacza to, że gwiazdy te tworzą różne struktury w Galaktyce – klasyczne cefeidy obserwuje się głównie w ramionach spiralnych, podczas gdy miry obserwuje się w zgrubieniu i dysku. W najnowszych badaniach wykorzystaliśmy również obserwacje w średniej podczerwieni, aby precyzyjnie zmierzyć odległości do gwiazd Mira, ale tym razem skupiliśmy się głównie na centrum Galaktyki, gdzie dominują Mira.

Trójwymiarowa mapa Drogi Mlecznej z ostatnich badań dostarcza nowych wskazówek na temat struktury Galaktycznego Zgrubienia, które mogą również pomóc astronomom zrozumieć strukturę innych galaktyk spiralnych z poprzeczką. Jak podkreślił Iwanek, wszystkie 66 000 zmiennych Miras zostało wybranych i sklasyfikowanych z badania OGLE „ręcznie”. Innymi słowy, krzywa blasku każdej gwiazdy została zbadana przez doświadczonego astronoma, aby określić, czy są one zmienne i jakiego rodzaju są. To, powiedział Iwanek, stwarza możliwości dla przyszłych badań, które opierają się na uczeniu maszynowym:

Nasza ogromna kolekcja zmiennych Mira, dzięki swojej czystości i kompletności, a także dokładnym i długoterminowym krzywym blasku OGLE, może być wykorzystana do szkolenia algorytmów uczenia maszynowego do automatycznej klasyfikacji gwiazd zmiennych w przyszłych przeglądach nieba prowadzonych za pomocą większe teleskopy.

Astronomowie wykryli bąbel gorącego gazu wirujący wokół supermasywnej czarnej dziury w Drodze Mlecznej

Przy pomocy Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) astronomowie dostrzegli oznaki „gorącej plamy” na orbicie wokół Sagittarius A*, czarnej dziury w centrum naszej galaktyki. Odkrycie pomoże w lepszym zrozumieniu enigmatycznego i dynamicznego środowiska wokół naszej supermasywnej czarnej dziury.

Sądzimy, że patrzymy na gorący bąbel gazu kręcący się wokół Sagittarius A* na orbicie podobnej rozmiarem do orbity jaką ma planeta Merkury, ale dokonujący pełnego okrążenia w zaledwie około 70 minut. To wymaga oszałamiającej prędkości około 30% prędkości światła!mówi Maciek Wielgus z Max Planck Institute for Radio Astronomy w Bonn (Niemcy) i Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN (Warszawa), który kierował badaniami opublikowanymi dzisiaju w Astronomy & Astrophysics.

Obserwacje zostały przeprowadzone przy pomocy ALMA w chilijskich Andach – radioteleskopu, które współwłaścicielem jest Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) – w ramach projektu Teleskop Horyzontu Zdarzeń (ang. Event Horizon Telescope, EHT) mającego na celu uzyskiwanie obrazów czarnych dziur. W kwietniu 2017 roku w EHT połączona razem osiem istniejących radioteleskopów na całym świecie, w tym ALMA, uzyskując w efekcie niedawno opublikowany pierwszy w historii obraz Sagittarius A*. Aby skalibrować dane EHT, Wielgus i jego współpracownicy z EHT Collaboration, używali danych ALMA rejestrowanych jednocześnie z obserwacjami Sagittarius A* prowadzonymi przez EHT. Ku zaskoczeniu zespołu, w pomiarach ALMA znaleziono więcej ukrytych wskazówek dotyczących natury czarnej dziury.

Przez przypadek cześć obserwacji wykonano krótko po wybuchu lub rozbłysku promieniowania X wyemitowanego z centrum naszej galaktyki, dostrzeżonego przez Kosmiczny Teleskop Chandra należący do NASA. Uważa się, że ten rodzaj rozbłysków, obserwowanych wcześniej przez teleskopy rentgenowskie i podczerwone, ma związek z tak zwanymi „gorącymi plamami”, czyli bąblami gorącego gazu, które krążą po orbicie bardzo szybko i bardzo blisko czarnej dziury.

Sądzimy, że patrzymy na gorący bąbel gazu kręcący się wokół Sagittarius A* na orbicie podobnej rozmiarem do orbity jaką ma planeta Merkury, ale dokonujący pełnego okrążenia w zaledwie około 70 minut. To wymaga „To co jest naprawdę nowe i interesujące, to kwestia, że tego typu rozbłyski były do tej pory wyraźnie widoczne jedynie w rentgenowskich i podczerwonych obserwacjach Sagittarius A*. Natomiast tutaj po raz pierwszy widzimy bardzo silne wskazania, że orbitujące gorące plamy dostępne są też do obserwacji radiowych.mówi Wielgus, który ma także dodatkową afiliację Black Hole Initiative na Harvard University (USA).oszałamiającej prędkości około 30% prędkości światła!

Być może te gorące plamy wykryte na falach podczerwonych są manifestacją tego samego zjawiska fizycznego: gdy emitujący w podczerwieni gorące plamy ochładzają się, stają się dostrzegalne na dłuższych falach, tak jak przypadki zaobserwowane przez ALMA i EHT.dodaje Jesse Vos, doktorant na Radboud University (Holandia), który również był zaangażowany w badania.

Od dawna uważano, że rozbłyski te pochodzą od interakcji magnetycznych w bardzo gorącym gazie krążącym bardzo blisko Sagittarius A*, a nowe wyniki wspierają tę koncepcję. „Teraz mamy mocny dowód na magnetyczne pochodzenie tych rozbłysków, a nasze obserwacje dają wskazówki na temat geometrii całego procesu. Nowe dane są niesamowicie pomocne w tworzeniu teoretycznych interpretacji omawianych wydarzeń” mówi współautorka Monika Mościbrodzka z Radboud University.

ALMA pozwala astronomom na badania spolaryzowanej emisji radiowej z Sagittarius A*, których można używać do odkrycia tajemnic pola magnetycznego czarnej dziury. Zespół wykorzystał te obserwacje razem z modelami teoretycznymi do dowiedzenia się więcej o formowaniu się gorącej plamy i otoczeniu, w którym jest zanurzona, w tym o polu magnetycznym wokół Sagittarius A*. Badania te dostarczają silniejszych ograniczeń kształtu pola magnetycznego niż wcześniejsze obserwacje, co pomoże astronomom w odkryciu natury czarnej dziury i jej otoczenia

Obserwacje potwierdzają niektóre z wcześniejszych odkryć dokonanych instrumentem GRAVITY na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) należącym do ESO, który obserwuje w podczerwieni. Dane z GRAVITY i ALMA razem sugerują, że rozbłysk pochodzi z obłoku gazu wirującego wokół czarnej dziury z około 30% prędkości światła w kierunku na niebie zgodnym z ruchem wskazówek zegara, z orbitą gorącej plamy ustawioną do nas w widoku prawie „z góry”.

W przyszłości powinniśmy być w stanie śledzić gorące plamy na różnych częstotliwościach, korzystając z koordynowanych obserwacji na wielu długościach fali przez GRAVITY i ALMA — sukces takiego przedsięwzięcia będzie prawdziwym kamieniem milowym dla naszego zrozumienia fizyki rozbłysków z centrum Galaktyki.mówi Ivan Marti-Vidal z University of València (Hiszpania), współautor badań.

Zespół badawczy ma także nadzieję, że będzie w stanie bezpośrednio obserwować orbitujące obłoki gazu przy pomocy EHT, aby sondować coraz bliżej czarnej dziury i dowiedzieć się więcej na jej temat.

Mam nadzieję, że pewnego dnia będzie mogli powiedzieć, że ‘wiemy’ co się dzieje w Sagittarius A*podsumowuje Wielgus.
info: ESO

Oto wstępny zapowiedź tego, jak będzie wyglądać, gdy Droga Mleczna i galaktyki Andromedy zderzą się

Kiedy zderzają się duże galaktyki spiralne, nie kończą jako jedna naprawdę duża spirala. Zamiast tego tworzą ogromną galaktykę eliptyczną. Taki los czeka Galaktykę Andromedy i naszą Drogę Mleczną. Za kilka miliardów lat spoją się w galaktycznym tańcu. Teleskop Gemini North na Hawajach właśnie opublikował oszałamiający obraz dwóch galaktyk takich jak nasza, które go plączą. Są to NGC 4568 i NGC 4567, a ich interakcja pozwala rzucić okiem na nasze galaktyczne sąsiedztwo w odległej przyszłości.

Dwie galaktyki, które ujrzał Gemini, są dobrze znane astronomom amatorom jako Galaktyki Motyli. Aby je zobaczyć, potrzebujesz dobrego teleskopu i długiej ekspozycji. Kiedy to zrobisz, będziesz patrzył przez około 40 milionów lat świetlnych kosmosu w kierunku konstelacji Panny. To samo zrobił Gemini North. W tym momencie kosmicznego czasu widzimy te urocze spirale, gdy są dość daleko od siebie – około 20 000 lat świetlnych od siebie. Nadal wyglądają dość „normalnie”. Jednak w miarę postępu ich interakcji ich połączone przyciąganie grawitacyjne zniekształci ich kształty.

W dzisiejszych czasach dość dobrze przyjmuje się, że galaktyki zderzają się, tworząc większe. Takie fuzje są tym, co zbudowało Drogę Mleczną i było to częścią fuzji przez całą jej historię. W rzeczywistości nasza galaktyka nadal kanibalizuje mniejsze. Ten „hierarchiczny model” powstawania galaktyk wyjaśnia ewolucję galaktyk od ich najwcześniejszego powstania.

Kiedy zderzają się duże galaktyki, takie jak NGC 4568 i 4567, rozpoczynają kosmiczny taniec, który trwa miliony lat. Efekty zaczynają się pojawiać, gdy zbliżają się do siebie i pojawiają się jako zniekształcenia na zewnętrznych „krawędziach” galaktyk. Ich siły grawitacyjne będą wysyłać fale uderzeniowe przez spirale. To powinno wywołać fale formowania się gwiazd. W miarę postępu fuzji w przestrzeni kosmicznej ciągną się długie wstęgi gwiazd i gazu. Kształty obu galaktyk będą się zmieniać, gdy będą przechodzić przez swoje spirale przez miliony lat. W końcu zbliżą się do siebie tak blisko, że połączą się i utworzą ogromną eliptyczną galaktykę pełną starzejących się gwiazd. W nowej galaktyce będzie bardzo mało formowania się gwiazd. Dzieje się tak, ponieważ cały gaz i pył jest zużywany lub wydmuchiwany.

Tak więc los czekający na NGC 4568 i 4567 jest zapowiedzią tego, co stanie się z naszą galaktyką. Za około 4,5 do 5 miliardów lat wydarzą się dwie interesujące rzeczy. Po pierwsze, nasze Słońce wyewoluuje, by stać się czerwonym olbrzymem. Ziemi może już nie być lub może to być pomarszczony żużel po rozszerzeniu się czerwonego olbrzyma, a jego atmosfera pochłonie planety wewnętrzne. Przypuszczalnie ludzie już dawno odejdą, ale miejmy nadzieję, że przeniosą się gdzieś na inną planetę.

Ze swojego nowego świata (lub światów) przyszli ludzie zobaczą Andromedę ogromną i piękną na niebie. To, czego prawdopodobnie nie zobaczą (przynajmniej od razu), to sposób, w jaki Andromeda i Droga Mleczna będą się na siebie szarpać. Ale w końcu ogromne węzły gwiazd utworzone przez siły połączenia rozświetlą niebo. Do obejrzenia mogą być dziesiątki nowych gromad i konstelacji. W miarę zderzenia galaktyk nastąpi wymieszanie się dwóch populacji gwiezdnych. Nie jest zbyt prawdopodobne, że poszczególne gwiazdy zderzają się ze sobą. Istnieją jednak prognozy, że niektóre gwiazdy i ich planety mogą zostać wyrzucone ze sceny. Droga Mleczna i Andromeda miną się kilka razy, zanim nastąpi ostateczna fuzja. Na końcu pojawi się nowa galaktyka. Astronomowie nazwali ją „Milkdromeda”. Prawdopodobnie będzie zawierać znacznie masywniejszą centralną supermasywną czarną dziurę, tratwę nowych gwiazd i eliptyczny kształt. Znikną znajome spiralne kształty.

Istnieją pewne prognozy, że Milkdromeda sama połączy się z innymi galaktykami naszej Grupy Lokalnej w ciągu 150 miliardów lat, tworząc masywną supergalaktykę. Byłoby niesamowitą rzeczą zobaczyć, czy ktoś jest w pobliżu, żeby to popatrzeć.

Na razie jednak możemy zobaczyć preludium do Milkdromedy rozgrywające się 60 milionów lat świetlnych od nas, dzięki zdjęciu Gemini North NGC 4568 i 4567. Zostało ono wykonane w 2020 roku i zawiera dane spektrograficzne z Gemini Multi-Object Spectrograph.