Млечный Путь оказался более неоднородным, чем считали астрономы

Фото из открытых источников

Астрономы нашли новый способ точного картирования внешнего газового диска Млечного Пути с использованием положений молодых звезд. В процессе они также обнаружили, что структура нашей галактики сложнее, чем все думали, и включает в себя пучкообразные «хлопьевидные» газовые облака.

Суканья Чакрабарти из Университета Алабамы и Питер Крейг из Университета штата Млечный Путь придумали процесс картирования водородного газа во внешнем диске Млечного Пути путем определения расстояний до очень молодых звезд в нем. Они использовали данные со спутника GAIA Европейского космического агентства, который измерял яркость, положение, движение и расстояние до почти двух миллиардов звезд Млечного Пути. Последняя характеристика — расстояние — особенно важна для картирования распределения газа.

«Расстояние — одна из самых фундаментальных вещей, которую можно измерить во Вселенной, и одна из самых фундаментальных вещей, над которыми мы можем работать в астрономии», — говорит Чакрабарти. «Если вы не знаете расстояния, вы не можете ничего картировать. Карта Беркли была основана на традиционном методе с использованием так называемых «кинематических расстояний», которые предполагают модель для полей скоростей галактики».

Картографирование расстояний до областей, богатых водородом (HI), важно для понимания структуры и динамики Млечного Пути. Понимание того, где и сколько этого газа находится в Галактике, влияет на наше понимание звездообразования, распространенности рентгеновских двойных, которые, как правило, находятся вдоль спиральных рукавов, и помогает астрономам создавать точные модели диффузных гамма-излучений, связанных с взаимодействиями в межзвездной среде.

Определение местонахождения объектов в Галактике — и формы самой Галактики — зависит от измерения их положений и скоростей. Млечный Путь со всеми его частями — это гигантская вращающаяся система. Все его звезды и туманности вращаются вокруг центра на разных расстояниях и также имеют свои собственные индивидуальные движения. Правильное определение всех расстояний — сложная задача. Одной из характеристик объектов в космосе, которую измеряют астрономы, является их радиальная скорость. Это скорость объекта, когда он движется от нас или к нам. Они получают это измерение, измеряя доплеровское смещение исходящего от него света. Оттуда астрономы вычисляют кривую вращения, которая является орбитальной скоростью объекта с учетом его расстояния от центра Галактики.

По словам Чакрабарти, этот метод хорош для некоторых объектов Млечного Пути, но не так полезен для других. «Присвоение кинематических расстояний использует предполагаемую кривую вращения для преобразования информации о скорости в оценку расстояния», — отмечает Чакрабарти. «Для звезд есть несколько действительно хороших способов сделать это. Но для газа нет ничего».

Использование этого процесса для расчета расстояний до газовых облаков — неточная наука, и Чакрабарти и Крейг решили найти лучший способ картографировать эти особенности. «Структура звезд намного более гладкая, чем у газа», — объясняют они. «Газ выглядит очень пушистым, и на самом деле он выглядит гораздо более возмущенным».

Кинематические измерения могут давать неточные результаты, и эта точность зависит от предположений, которые астрономы делают относительно общей кривой вращения диска. В Млечном Пути есть несколько мест, где модели скорости облаков неточны. Области диска, отклоняющиеся от предполагаемой модели скорости, такие как почти потоковые движения вдоль спиральных рукавов, — говорит Чакрабарти, — приведут к систематически неточным оценкам расстояния и создадут вводящие в заблуждение особенности на результирующих картах распределения газа Млечного Пути.

Итак, как обойти присущие им неточности? Посмотрите на похожие области в других галактиках и выясните, выглядят ли их модели распределения звезд и газовых облаков знакомыми. Чакрабарти и Крейг заметили, что спиральная структура в газовых облаках близлежащих галактик очень похожа на спиральную структуру молодых звезд (возрастом менее 400 миллионов лет). «Это не очень удивительно», — объясняет Чакрабарти, — «потому что молодые звезды рождаются из газа, который коллапсирует и образует эти звезды, а затем они перемещаются из места своего рождения. У молодых звезд модели спиральной структуры все еще очень похожи на газовые».

Их подход сопоставления образцов сопоставлял молодые звезды, которые имели известные местоположения, с близлежащими скоплениями газа. Это дает новую карту, которая не зависит от проблем, создаваемых кинематическим картированием. Чтобы получить точные расстояния, команда выбрала близлежащие переменные звезды цефеиды. Эти звезды пульсируют по регулярному графику, то есть они меняют свою яркость в течение нескольких дней или нескольких месяцев. Астрономы используют эту пульсацию и светимость звезд для расчета очень точных расстояний. Фактически, переменная цефеида в галактике Андромеды была тем, что предупредило астронома Эдвина Хаббла о том, что Андромеда не находится в нашей собственной Галактике, а является, по сути, своей собственной очень далекой галактикой. Основываясь на работе астронома Генриетты Ливитт о переменных цефеидах, он смог довольно точно вычислить расстояние до Андромеды. С тех пор астрономы использовали цефеиды в Млечном Пути и других галактиках для расчета расстояний.

Новый способ картирования с использованием шаблонов и маркеров расстояний цефеид дал Чакрабарти и Крейгу лучший и более точный способ измерения расстояний до облаков во внешнем диске Млечного Пути. Он также показал, что эти облака более пушистые и более пучковые, чем считалось ранее. «Наши новые карты наглядно демонстрируют, что спиральная структура в газовом диске Млечного Пути сильно флоккулирована, и что общая структура диска сложна», — отметил Крейг. «арты, созданные с использованием нашей новой техники, могут улавливать особенности в газе, которые могли быть упущены при предположении модели плавного вращения для Млечного Пути.

Эта техника сопоставления шаблонов в сочетании с более точными расстояниями до звезд должна действительно улучшить понимание астрономами распространенности и форм облаков в водородном диске. Кроме того, команда указывает в своей статье, что более точные расстояния должны помочь дополнить трехмерные карты пыли всей Галактики. Ранее они были сделаны только в непосредственной близости от Солнца. Кроме того, улучшенное картирование может помочь астрономам понять любые возмущения в диске, включая взаимодействия с близлежащими карликовыми галактиками и присутствие темной материи.