10 Minutės
Gaia naujausios žvaigždžių žemėlapiai rodo, kad Paukščių Takas ne tik sukasi ir yra išlinkęs — jame taip pat sklinda milžiniška, lėtai judanti banga, kuri persipina per galaktikos žvaigždžių diską. Ši naujai identifikuota bangavimas išstumia žvaigždes dešimtis tūkstančių šviesmečių nuo galaktikos centro ir suteikia naujų užuominų apie mūsų namų galaktikos dinaminę praeitį.
Paukščių Takas nėra vien tik sukantis objektas – jis ir banguoja. Nauji Europos kosmoso agentūros (ESA) teleskopo Gaia duomenys atskleidžia platų reiškinį, bangą judančią per galaktikos diską, kuri stumia žvaigždes dešimtis tūkstančių šviesmečių nuo centro.
Plati banga per galaktikos diską
Dešimtmečius astronomai žinojo, kad mūsų galaktika yra sukamas ir turi išlinkusį žvaigždžių diską. Gaia — Europos kosmoso agentūros astrometrijos misija — dabar atkartavo žvaigždes su precedento neturinčiu tikslumu trimis erdvinėmis dimensijomis ir trimis greičio komponentais. Tai leido atskleisti nuoseklų bangavimą, besiskleidžiantį nuo Galaktikos centro į išorę. Skirtingai nei lokaliai riboti sutrikimai, ši struktūra apima didelę išorinio disko dalį: maždaug 30–65 tūkst. šviesmečių nuo centro, nepriklausomai nuo to, kad viso Paukščių Tako skersmuo yra apie 100 tūkst. šviesmečių.
Europos kosmoso agentūros (ESA) Gaia kosminis teleskopas atskleidė, kad mūsų Paukščių Takui būdinga milžiniška banga, sklindanti iš centro į išorę. Kairėje vaizdo dalyje žvelgiame į galaktiką „iš viršaus“. Dešinėje matome vertikalų galaktikos pjūvį ir žvelgiame į bangą iš šono. Šiame vaizde Saulė yra tarp žiūrovo linijos ir galaktikos iškilimo (bulge). Taip pat matyti, kad „kairė“ galaktikos pusė kyla aukštyn, o kita pusė nusilenkia žemyn — tai yra disko išlinkimas. Naujai atrasta banga pažymėta raudonai ir mėlynai: raudonos vietos žymi žvaigždes, esančias virš išlinkusio disko plokštumos, mėlynos — žemesnėse pozicijose. Kreditas: ESA/Gaia/DPAC, S. Payne-Wardenaar, E. Poggio et al (2025)
Naujai nubrėžtas bruožas primena bangą, likusią po akmenėlio, mesti į tvenkinį: sritys, kur žvaigždės yra virš nominalios vidurinės plokštumos, keičiasi su tomis, kur jos yra po ja. Tačiau tai nėra akimirksnio pliūpsnis — galaktikų masto bangos vystosi milijonais iki šimtų milijonų metų, todėl Gaia, kitaip tariant, užfiksuoja ilgalaikę ekspoziciją lėto, plačio masto judesio.
Kaip Gaia atrinko judesius
Gaia matuoja pozicijas, atstumus ir judesius daugiau nei milijardui žvaigždžių. Derindami paralaksą (atstumą), proper motion (judesį danguje) ir radiolinijinį greitį (judesį link mūsų arba nuo mūsų), astronomai rekonstruoja pilną 3D vietą ir greičio vektorius atskiroms žvaigždėms. Italijos Nacionalinio astrofizikos instituto (Istituto Nazionale di Astrofisica) vadovaujama komanda, kurią koordinavo Eloisa Poggio, panaudojo šią šešių dimensijų fazės erdvės informaciją, kad sukurtų „iš viršaus“ ir „iš šono“ žemėlapius disko geometrijai ir žvaigždžių judėjimui atskleisti.
Netikėtas galaktikos bangavimas iliustruojamas aukščiau esančiose figūrose. Čia tūkstančių ryškių žvaigždžių padėtys pažymėtos raudonai ir mėlynai, uždengtos Gaia Paukščių Tako žemėlapiais.
Sekdami Cepheidų kintamąsias ir jaunus milžiniškus žvaigždžių tipus — ryškius, tolimus žymeklius, kurių atstumai ir judesiai yra ypač patikimi — tyrėjai galėjo sekti bangą per dideles išorinio disko dalis. Šie žvaigždžių indikatoriai rodo ne tik poslinkį virš arba po vidine plokštuma (raudonos/mėlynos zonos), bet ir fazinį poslinkį tarp padėties ir vertikaliojo judesio: didžiausi aukštyn nukreipti greičiai eina priekyje padėties banguje — taip, kaip keliaujančioje bangoje turėtų būti skirtumas tarp išstūmimo ir greičio fazių.
Europos kosmoso agentūros (ESA) Gaia teleskopas atskleidė, kad mūsų Paukščių Takas turi milžinišką bangą, sklindančią iš centro į išorę. Šiame vaizde galaktika matoma kraštiniu kampu. Raudonose zonose žvaigždės yra išsidėsčiusios labiau „aukštyn“, o mėlynos rodo vietas, kur žvaigždės yra „žemyn“ disko atžvilgiu. Kreditas: ESA/Gaia/DPAC, S. Payne-Wardenaar, E. Poggio et al (2025)
Tinkamo duomenų tvarkymo svarba
Norint išskirti tokį subtilų reiškinį, reikia vienu metu gerai suprasti sisteminius matavimo efektus, parinkti patikimus žvaigždžių tipus ir atlikti kruopščią erdvinių filtrų analizę. Gaia duomenų apdorojimas apima korekcijas už instrumentinius nuokrypius, parallaxo sistemos klaidas ir selektyvumo filtrus, kurie gali paveikti atstumo bei greičio matavimus. Be to, statistiniai metodai, pvz., fazinės analizės ir bangų harmoninių dekompozicija, leidžia atskirti tikrąją vertikalią bangą nuo atsitiktinių vietinių sutrikimų ar triukšmo.
Taip pat svarbu naudoti kelis žvaigždžių tipus kaip tracer'ius: Cepheidai suteikia tvirtą atstumo skalę dėl periodinio ryškumo ryšio, o jaunos milžiniškos žvaigždės parodo disko recentinę dinamiką. Kombinavus šiuos tracer'ius su platesniu, platesniu Gaia katalogu, gaunamas nuoseklus vaizdas apie bangos geometriją, fazinį poslinkį ir amžių, kurį galima palyginti su dinaminių modelių prognozėmis.
Interpretacija: bangos, pėdsakai ir susidūrimai
Ką galėjo sukelti šią didžiulę bangą? Yra kelios pagrįstos hipotezės. Artimas praeities susidūrimas ar sąveika su palydovine nykštukine galaktika — pavyzdžiui, žinoma, kad Sagittarius nykštukinė galaktika keletą kartų sąveikavo su mūsų Paukščių Taku — galėjo sukelti gravitacines bangas per diską. Alternatyviai, vidiniai procesai, tokie kaip spiralinių rankų instabilumai ar Galaktikos baras, gali iškelti didelio masto vertikalius svyravimus. Atskirti šias scenarijas reikalauja modeliavimo, tiriant bangos laiką, amplitudę ir bangos ilgį bei lyginant su numerinėmis simuliacijomis.
Žvaigždžių judesiai pateikiami baltomis rodyklėmis kraštiniame vaizde aukščiau matomoje figūroje. Pastebima, kad vertikaliųjų judesių bangos modelis (rodyklėmis) yra šiek tiek horizontaliai poslinkęs lyginant su žvaigždžių vertikalių padėčių bangos modeliu (raudona/mėlyna spalvų schema). Toks poslinkis yra būdingas keliaujančiai bangai, kur fazė tarp išstūmimo ir greičio nėra sutapusi.
Kadangi Cepheidai ir kitos jaunos žvaigždės dalyvauja šioje banga, signalas greičiausiai įtraukia ir disko dujinę komponentę. Žvaigždės formuojasi iš dujų, todėl, jei dujos buvo sutrikdytos, jaunai susiformavusios žvaigždės paveldėtų šį sutrikimą. Tai reiškia, kad banga gali aktyviai formuoti žvaigždžių populiacijas ir žvaigždžių formavimosi regionus išoriniame diske.
Ar tai susiję su Radcliffe banga?
Viliojanti paralelė yra Radcliffe Wave — žymiai mažesnė, apie 9000 šviesmečių ilgio dujų ir dulkių struktūra, atrasta arčiau Saulės. Tačiau naujai atskleista Gaia banga dengia kur kas didesnį plotą ir randasi kitoje disko srityje, todėl bet koks tiesioginis ryšys yra neaiškus. Radcliffe yra lokalus siūlas; Gaia banga yra disko masto svyravimas. Tyrėjai laikosi atsargumo: abu dariniai gali būti nepriklausomos dinamikos manifestacijos arba dalintis bendru priežastiniu ryšiu, kilusiu iš praeities galaktikos sąveikų.
Menininko vizualizacija, rodanti mūsų Paukščių Tako anatomiją — maždaug 13 milijardų metų amžiaus barinė spiralė galaktika, kurioje gyvena keli šimtai milijardų žvaigždžių. Kreditas: ESA/Gaia/DPAC, S. Payne-Wardenaar
Kodėl šis atradimas yra svarbus
Didelio masto vertikalios bangos saugo informaciją apie Paukščių Tako pastarąją dinaminę istoriją. Matydami bangos bangos ilgį, greitį ir slopinimo greitį, astronomai gali nustatyti, kada ir kaip įvyko sutrikimas, bei apskaičiuoti bet kokių trikdančių palydovų savybes. Tokie apribojimai smulkina masės pasiskirstymo modelius diske ir halo, pagerindami supratimą apie tai, kaip galaktikos stabilizuojasi po sąveikų.
Be grynos dinamikos reikšmės, bangavimas gali paveikti naujų žvaigždžių gimimo vietas, žvaigždžių populiacijų maišymąsi ir disko vertikalųjį „įšilimą“ — visus tuos veiksnius, kurie formuoja Paukščių Tako struktūrą per kosminį laiką. Trumpai tariant, aptikimas ir bangos charakterizavimas padeda paversti Paukščių Taką iš statinio foninio paveikslo į besivystantį sistemą, kuri turi detalią ir stebimą istoriją.
Ekspertų įžvalgos
„Gaia suteikia mums galaktikos filmą sulėtintu režimu,“ sako Dr. Maria Ortega, fiktyvi astrofizikė, specializuota galaktikos dinamikoje. „Tai, kas atrodo kaip stabili išlinka ar banga, iš tiesų yra dinaminis praeities įvykių pirštų atspaudas. Derindami žvaigždžių judesius su gravitacijos ir dujų dinamikos modeliais, galime atsukti Paukščių Tako pastaruosius epizodus — tai tarsi archeologinė rekonstrukcija didžiuliame skalėje.“
Dr. Ortega priduria: „Nustatyti, ar banga kilo dėl palydovinio susidūrimo, ar dėl vidinės nestabilumo, reikės skaitmeninių simuliacijų, kurios atkartotų tiek erdvinį raštą, tiek greičio fazės poslinkius, kuriuos stebi Gaia. Būsimas Gaia duomenų leidimas susiaurins šiuos apribojimus ir, tikėtina, atskleis dar subtilesnių bruožų.“
Ką tai reiškia modeliavimo ir stebėjimų ateičiai
Gaia artimiausias duomenų leidimas pateiks patobulintas pozicijas ir judesius kintamų žvaigždžių, tokių kaip Cepheidai, bei didesnį tolimų stebėjimo marker'ių rinkinį. Aukštesnės kokybės duomenų rinkinys leis komandoms tiksliau perbraižyti bangos žemėlapius, tikslingiau įvertinti bangos sklidimo greitį ir su didesne statistine galia testuoti konkuruojančias formacijos scenarijas.
Modeliavime tyrėjai taikys N-body ir hidrodinamines simuliacijas, kad atkurtų potencialius susidūrimus tarp Paukščių Tako ir nykštukinių palydovų bei ištirtų, kaip spiralinių rankų ar centrinio baro įtaka galėtų sukelti panašius vertikalius svyravimus. Papildomi stebėjimai — pavyzdžiui, radijo tyrimai, žemėlapiai šalto dujų kiekio išoriniame diske — padės patikrinti, ar dujinė komponentė irgi seka žvaigždžių bangą.
Žvaigždžių judesiai per visą galaktiką yra atvira knyga astronomams, turintiems tinkamus įrankius. Gaia toliau paverčia tuščias puslapius į detalias Paukščių Tako biografijos skyrius, o ši didžiulė banga yra vienas iš labiausiai įspūdingų pastarųjų įrašų.
Žvaigždžių judesiai yra vaizduojami baltomis rodyklėmis aukščiau esančiame kraštiniame Paukščių Tako vaizde. Matyti, kad vertikaliųjų judesių bangos modelis (rodyklėmis pažymėtas) šiek tiek horizontalioje plokštumoje yra poslinkęs lyginant su žvaigždžių vertikalių padėčių bangos modeliu (raudona/mėlyna spalvų skalė).
Eloisa ir jos kolegos sugebėjo aptikti šį netikėtą judesį tiriaudami jaunų milžinų ir Cepheidų detalias pozicijas bei judesius. Cepheidai yra ryškumo kintamieji, kurių periodas tiesiogiai koreliuoja su jų absoliučiu ryškumu, todėl jie yra ypatingai patikimi atstumo indikatoriai tolimoje galaktikoje. Jaunos milžiniškos žvaigždės dažnai žymi neseniai susiformavusias žvaigždžių populiacijas ir atspindi disko tiesioginę dinamiką.
Kadangi jaunieji milžinai ir Cepheidai juda kartu su banga, mokslininkai spėja, jog disko dujų komponentas taip pat dalyvauja šiame plataus masto svyravime. Taip gali būti todėl, kad jaunai gimstančios žvaigždės iš iš esmės pertvarkyto dujų sluoksnio įsineša bangos „atsiminimą“ — jų pradinis greitis ir padėtis atspindi tą sutrikimą, kuris egzistavo dujų diskelyje jų susiformavimo metu.
„Artimiausias, ketvirtasis Gaia duomenų leidimas suteiks dar geresnes pozicijas ir judesius Paukščių Tako žvaigždėms, įskaitant kintamas žvaigždes kaip Cepheidus. Tai padės mokslininkams sukurti dar tikslesnius žemėlapius ir gilinti mūsų supratimą apie šias ryškias struktūras mūsų namų galaktikoje,“ — sako Johannes Sahlmann, ESA Gaia projekto mokslininkas.
Netikėtas galaktikos bangavimas dar kartą pavaizduotas aukščiau esančiose figūrose. Čia tūkstančių ryškių žvaigždžių padėtys parodytos raudonai ir mėlynai, uždengtos Gaia Paukščių Tako žemėlapiais, suteikiant aiškesnį supratimą apie disko bendrą dinamiką ir bangos geometriją.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą