Європейське космічне агентство розпочало місію «Ґайя» (Gaia) у 2013 р. Загальною мета місії — розкрити історію Молочного Шляху, склавши мапу позицій (визначити координати — Ред.) та швидкостей одного мільярда зір. Результат має чимось нагадувати фільм, що демонструє минуле та майбутнє нашої галактики.
Місія випустила два окремі великі масиви даних з якими можуть працювати науковці. Незабаром очікується третій випуск даних від «Ґайя». Усі ці дані спричинили низку досліджень, що стосуються нашої зоряної системи.
Нещодавно Європейське космічне агентство (ЄКА) вказало на п’ять нових поглядів на галактику Молочний Шлях. Усі ці відкриття прямо пов’язані з космічним зондом «Ґайя».
Завдання «Ґайя» полягало в тому, щоб створити найбільший, найточніший каталог зір Молочного Шляху. Зонд зібрав дані про мільярд об’єктів, переважно зір, а також деякі квазари, комети та інші об’єкти. Gaia спостерігала кожен свій цільовий об’єкт 70 разів, що пояснює точність її даних. Місію спочатку планували терміном у п’ять років, але її було продовжено, оскільки зонд має достатньо палива для роботи приблизно до листопада 2024 року.
У новому прес-релізі ЄКА звернуло увагу на п’ять важливих результатів своєї місії Gaia.
Спіраль-«канібал»
Астрономи тривалий час вважали, що Молочний Шлях виріс, поглинаючи інші менші галактики, які потрапляють під дію його гравітації. Але дані «Ґайя» давали астрономам безпрецедентний погляд на те, як це відбувалося в минулому, і як це відбувається нині.
Група дослідників, що працюють з даними «Ґайя», виявила групу з 30000 зір, яка рухається крізь Молочний Шлях. Ці зорі навколо нас, ми бачимо їх разом з іншими зорями, і всі вони рухаються з однаковою швидкістю та напрямком. Але їх рух не такий, як у решти зір Молочного Шляху. Вони рухаються «видовженими траєкторіями в напрямку, протилежному більшості інших сотень мільярдів зір Галактики, зокрема Сонця», йдеться в прес-релізі.
Вони також виділяються серед інших зір на діаграмі Герцшпрунга—Рассела. Наукова група, яка виконала зазначене дослідження, дійшла висновку, що це окрема популяція зір. Вона виникла внаслідок злиття Галактики з іншою галактикою колись у минулому. «Група зір, яку ми виявили за даними спостережень Gaia, має всі властивості, яких можна очікувати від уламків злиття галактик», — сказала Аміна Гелмі (Amina Helmi), перший автор статті, опублікованої в журналі Nature.
На цій графіці показано розподіл зір ймовірної в минулому галактики Ґайя—Енцелад в Молочному Шляху. Зорі Ґайя—Енцелад показано різними кольорами в залежності від їх паралаксу, тобто відстані. Фіолетовий відтінок вказує на найближчі зорі, а жовтий — на найвіддаленіші. Білі кола вказують на кулясті скупчення, які спостерігали за траєкторіями, схожими на траєкторії зір Ґайя—Енцелад. Це вказує на те, що вони спочатку були частиною цієї системи. Блакитного кольору зорі позначають змінні зірки, які також пов’язані із залишками галактики Ґайя—Енцелад. Фото з сайту www.universetoday.com.
Дані Gaia дали змогу дослідникам не лише знайти цей залишок злиття, вони допомогли їм зрозуміти те, що сталося. Близько 10 мільярдів років тому Молочний Шлях зіткнувся з галактикою, розміри якої були співмірні з розміром однієї із Магелланових Хмар. Цю галактику, яку назвали Ґайя—Енцелад, поглинув Молочний Шлях. Тоді він був набагато меншим, лише приблизно в чотири рази більшим за Ґайя—Енцелад, тому зіткнення, мабуть, спричинило величезні зміни в його будові.
Тепер ми знаємо, що були й інші зіткнення, а також знаємо, що Молочний Шлях поглинає Магелланові Хмари: нині він «споживає» газ з їхніх гало.
Зіткнення галактик спричинило формування Сонця?
Зіткнення та злиття відіграють величезну роль у житті Молочного Шляху, а, можливо, й в нашому існуванні.
Одним із сусідів Молочного Шляху є карликова галактика Стрільця (Sagittarius Dwarf Galaxy, SDG). Вона обертається навколо набагато масивнішої Галактики протягом мільярдів років. Тимчасом як Молочний Шлях містить кілька сотень мільярдів зір, його маленький сусід — лише кілька десятків мільйонів. Отже, Молочний Шлях приблизно в 10 000 разів більш масивний.
Але незважаючи на те, що SGD крихітна проти Молочного Шляху, вона справила на нього величезний вплив, особливо на наш маленький куточок.
Обертаючись навколо Молочного Шляху, SGD час від часу стикається з ним. Звісно, фактичного зіткнення немає. Відстані між зорями такі великі, що вони не зіштовхуються «лобами». Таке зіткнення — це гравітаційний «удар», тобто взаємодія двох зоряних систем.
Астрономи вважають, що SGD вже вражав Молочний Шлях щонайменше тричі: п’ять—шість мільярдів років тому, два мільярди і мільярд років тому. Щоразу, коли це трапляється, Молочний Шлях забирає собі деякі зорі, й SDG стає меншої маси після кожної зустрічі. Але така подія також спричиняє утворення зір в Молочному Шляху.
Карликова галактика Стрільця стикалася з Молочним Шляхом щонайменше тричі, спричиняючи процес прискореного формування зір. Одне з таких зіткнень могло призвести до народження Сонця. Фото з сайту www.universetoday.com.
У статті, опублікованій в 2020 році на основі даних «Ґайя», науковці показали, що ці зустрічі привели до появи процесу інтенсивного формування зір у Молочному Шляху. Ця стаття назвала SDG «головним динамічним архітектором диска Молочного Шляху». Кожного разу, коли SDG проходила крізь Галактику, вона створювала брижі та стискання газу, що приводить до прискореного утворення зір.
«Після початкової епохи активного утворення зір, частково спричиненої попереднім злиттям, Молочний Шлях досяг збалансованого стану, коли процес утворення зір був стабільним», — сказав Томас Руїс-Лара (Tomás Ruiz-Lara) з Інститут астрофізики Канарських островів (Instituto de Astrofísica de Canarias, IAC), головний автор дослідження 2020 року. «Галактика була відносно тихою. Раптово впав Стрілець і порушив рівновагу, змусивши весь раніше нерухомий газ і пил всередині більшої галактики розлетітися, як брижі у воді».
Одне з таких зіткнень відбулося приблизно 4,7 мільярда років тому, тоді ж, коли сформувались Сонце і Сонячна система. Поки науковці не кажуть, що Сонце, однозначно, сформувалося внаслідок зіткнення з SDG, але ідея така є. Можливо, наше існування також є наслідком однієї з цих зустрічей. Майбутні дослідження, ймовірно, це підтвердять або спростують.
Наявні рукави, наявний диск
До Gaia астрономи багато знали про Молочний Шлях. Проблема в тому, що його важко спостерігати зсередини, і тому частина того, що ми знаємо про Молочний Шлях, базується на спостереженні за іншими схожими галактиками.
Наприклад, коли ми дивимося на інші галактики, спіральні рукави можуть мати синіший вигляд, ніж інші частини галактики. Цей синій колір позначає зорі, що мають більш високі температури. Гарячі зорі — масивні, а масивні — молоді. Тож дослідники дійшли висновку, що спіральні рукави є зонами інтенсивного формування зір. Але астрономи не були впевнені: два чи чотири спіральні рукави має Молочний Шлях.
«Ґайя» дала змогу астрономам прямо досліджувати окремі зорі в спіральних руках. «До Gaia ми не знали, два чи чотири спіральних рукави є в Молочному Шляху», — сказав Серґей Хоперсков (Sergey Khoperskov), астрофізик з Інституту позаземної фізики Макса Планка в Німеччині. «Зараз ми маємо чіткі докази того, що їх чотири. За допомогою Gaia ми можемо виміряти відстань до зір і побачити, де їх більше в одиниці об’єму, що є ознакою спірального рукава».
Будова Молочного Шляху. Фото з сайту www.universetoday.com.
Інше питання щодо спіральних рукавів стосується їх довговічності. Деякі дослідники кажуть, що рукави насправді є проявами рухливої хвилі щільності, а тому вони є короткочасним явищем в астрономічному масштабі часу. Рукав може зникнути, а потім виникнути пізніше. «Багато астрономів вважають, що спіральні рукави — це короткочасні структури, спричинені якоюсь гравітаційною нестабільністю, і що вони зникають за пару обертів, а потім знову з’являються в іншому вигляді», — зауважив Серґей Хоперсков.
Джос де Бруйне (Jos de Bruijne) — науковий співробітник місії Gaia. Він каже, що рукав не містить однакових зір протягом їхньої мільярдної історії. Натомість, за його словами, спіральні рукави схожі на затор (скупчення, тисняву). «Передні зорі рухаються, але затор виникає, бо задні зорі скупчуються», — пояснює він. «Ми досі не знаємо точно, чому виникають ці затори, і я переконаний, що Gaia проллє це світло».
Gaia також показала нам, що весь галактичний диск є напруженим, активним місцем. На частини Молочного Шляху діють різноманітні сили, які створюють всілякі рухи. Галактики-супутники постійно взаємодіють з ним, спричиняючи рух і напруження, що впливає на форму нашої галактики. Деякі астрономи навіть вважають, що зіткнення з SDG спричинили спіральну форму Молочного Шляху.
Молочний Шлях, як магніт, «краде» зорі з інших галактик
Хуліган і злодій. Ось що таке Молочний Шлях. Але ввічливість та правила людської поведінки не діють в масштабах Всесвіту.
Молочний Шлях — не хороший сусід. Він постійно забирає зорі з інших зоряних скупчень та менших галактик. «Ґайя» дуже детально показала нам це і знайшла потоки зір, що простягаються в космос і які є залишками розірваних галактик. Деякі з цих потоків тягнуться на тисячі світлових років. Спостереження «Ґайя» за цими потоками можуть багато розповісти астрономам про силу тяжіння Молочного Шляху та його масу.
«Ґайя» також знайшла зорі, які подорожують в Молочному Шляху з дуже високою швидкістю.
«Ґайя» знайшла зорі, які швидко рухаються в Галактиці. Деякі з них мають таку швидкість, щоб врешті-решт можуть покинути Молочний Шлях. Фото з сайту www.universetoday.com.
Деякі з цих зір, що швидко рухаються, мають достатню швидкість, щоб покинути Молочний Шлях. Якщо вони це зроблять, вони не повернуться до свого колишнього «будинку». Натомість вони, ймовірно, проведуть цілу вічність, подорожуючи міжгалактичним простором. Такі зорі є загадкою для астрономів.
«Із семи мільйонів зір, для яких Gaia встановила повну швидкість у просторі, ми виявили двадцять, які рухаються так швидко, щоб врешті-решт можуть покинути Молочний Шлях», — пояснила Елена Марія Россі (Elena Maria Rossi) з Лейденського університету (Нідерланди), одна з авторів недавнього дослідження. «Але замість того щоб рухатися від центру Галактики, більшість високошвидкісних зір, які ми виявили, здається, мчать до нього».
У центрі Молочного Шляху є одна річ, яка така масивна, що може тягнути ці зорі до себе: надмасивна чорна діра Стрілець A* (Sgr A*). Натомість, надмасивна чорна діра в іншій галактиці могла б спричинити рух цих зір назовні, тобто за межі Галактики.
«Зорі можуть прискорюватися до високих швидкостей, коли вони взаємодіють із надмасивною чорною дірою», — пояснює Елена. «Наявність цих зір може бути ознакою таких чорних дір у сусідніх галактиках».
Інша можливість полягає в тому, що ці зорі були компонентами подвійних зоряних систем. Якби їх партнер вибухнув як наднова, це могло б виштовхнути їх назовні з великою швидкістю.
Або, зізнаються астрономи, наявність цих зір-спринтерів може мати більш прозаїчне пояснення. Можливо, це зорі з гало Молочного Шляху. Взаємодія між Молочним Шляхом та його супутниками могла б спричинити до того, що ці зорі були вирвані з стабільних гравітаційних зв’язків і на великій швидкості спрямовані в міжгалактичний простір.
Кращі дані про ці зорі можуть розкрити їх вік та склад, надаючи важливі підказки щодо їхнього походження. «Зоря з гало Молочного Шляху, ймовірно, буде досить старою і головно складатися з водню, тоді як зорі з інших галактик можуть містити багато важчих елементів», — сказав співавтор дослідження Томмазо Марчетті (Tommaso Marchetti). «Кольори зір говорить нам більше про те, з чого вони зроблені».
Наше Сонце — серфінгіст
Неподалік Сонячної системи є хмари міжзоряного газу. Дослідження 2019 року показало, що вони утворюють хвилеподібну структуру довжиною 9000 світлових років. Її хвилеподібна частина має протяжність до 500 світлових років і лежить над та під диском Молочного Шляху. Ширина хвилі становить близько 400 світлових років. Астрономи назвали її Місцевим рукавом (Local Arm). Кажуть, це невеликий спіральний рукав Молочного Шляху.
Астрономи полюбляють пильно стежити за газовими хмарами, бо саме там утворюються нові зорі. До 2019 року, коли було виконано нове дослідження, астрономи вважали, що газові хмари в околі Сонця зосереджені в об’єкті з назвою Пояс Ґулда (Gould Belt). Пояс Ґулда — це кільцеподібна структура із зір, пилу та газу довжиною близько 3000 світлових років, яка піднімається над і опускається нижче галактичної площини.
Але «Ґайя» дала змогу з’ясувати, що Пояс Ґулда не найбільша газова структура поблизу Сонячної системи. Вона показала науковцям, що такою є нещодавно відкритий, масивний об’єкт.
«Натомість, що ми побачили, ця найбільша когерентна газова структура, які нам відомі в Галактиці, має вигляд не кільця, а вузької, хвилястої і прямої, масивної нитки», — сказав Жоао Алвес (João Alves), професор астрофізики в університеті Відня, співробітник Інституту Редкліффа у 2018—2019 роках, і один з трьох вчених, які виявили структуру. Нині структура отримала назву Хвиля Редкліффа (Radcliffe Wave), на честь Інституту Редкліффа.
Сонце лежить лише в 500 світлових роках від Хвилі Редкліффа (до її найближчої точки). Це майже схоже на його серфінг на хвилі. Насправді, лише 13 мільйонів років тому — приблизно тоді, коли людиноподібні мавпи з’явилися на Землі, — Сонце востаннє перетнуло хвилю, і в майбутньому, ймовірно, воно знову серфінгуватиме по ній.
Відкриття цієї хвилі демонструє силу «Ґайя». Хвиля була завжди, але поки не стали картографувати зорі, не було можливості її побачити. «Хвиля весь час стояла прямо перед нашими очима, але ми не бачили її до цього часу», — додає Жоао.
«Ми не знаємо, що спричиняє цю форму, але це може бути як брижа у ставку, ніби щось надзвичайно масивне приземлилося в нашій галактиці», — сказав Алвес у прес-релізі. «Ми знаємо, що Сонце взаємодіє з цією структурою. Воно пройшло 13 мільйонів років тому повз феєрверк наднових, коли перетинало ділянку зореутворення, що лежить в напрямку сузір’я Оріона. А ще через 13 мільйонів років Сонце знову перетне структуру, так ніби воно «серфінгує по хвилі».
Дослідники не знають, що спричинило цю хвильову структуру. Вона поки що не відкриває своїх секретів. Можливо, як і багато особливостей Молочного Шляху, її утворення спричинене взаємодією нашої зоряної системи з іншою невеликою галактикою. Деякі дослідники припускають, що причиною може бути темна матерія. Деякі кажуть, що Хвиля Редкліффа породила Сонце. Щоб знайти пояснення, знадобиться додаткове дослідження.
Незалежно від того, що спричинило її появу, відкриття Хвилі Редкліффа стало шоком для деяких астрономів. «Ми були абсолютно вражені, коли вперше зрозуміли, якою довгою і прямою є Хвиля Редкліффа, спостерігаючи її зверху в 3D, а також яка вона синусоїдальна, якщо дивитись із Землі», — сказала Алісса Ґудман (Alyssa Goodman), професор прикладної астрономії та співдиректор наукової програми в Інституті перспективних досліджень Редкліффа. «Існування Хвилі змушує нас переглянути своє розуміння 3D-структури Молочного Шляху».
Змушує нас заново обміркувати наші знання. Це роль науки протягом історії. І це те, що постійно роблять такі місії, як «Ґайя».
Незабаром з’явиться третій випуск даних Gaia. Попередні дані буде випущено до кінця цього року, а повний третій набір даних буде оприлюднено у першій половині 2021 року.
Що всі ці дані змусять нас переосмислити?
За інф. з сайту www.universetoday.com
