Гигантская космическая волна пересекает Млечный Путь, отталкивая тысячи звезд

Фото из открытых источников

Новое и неожиданное динамическое явление – колоссальная волна – сотрясает внешние области нашей галактики, Млечного Пути. Это открытие, ставшее возможным благодаря беспрецедентной точности данных, полученных с космического телескопа Gaia Европейского космического агентства (ЕКА), добавляет новый уровень сложности к пониманию структуры и кинематики галактики, показывая, что её диск – это не статичная структура, а система, находящаяся в непрерывной и сложной эволюции.

Представление о нашей галактике как о вихре звёзд, упорядоченно вращающихся вокруг своего центрального ядра, стало общепринятым уже около столетия. Измерения Gaia значительно повысили точность определения скоростей и траекторий.

Позднее, в 1950-х годах, было обнаружено, что галактический диск деформируется, подобно гибкой шляпе. Значительный прорыв произошёл в 2020 году, когда та же космическая обсерватория зафиксировала, что этот деформированный диск также испытывает прецессионное колебание с течением времени, аналогичное движению вращающегося волчка. Полученное нами открытие дополняет эту картину динамизма, обнаруживая мощную волну, которая возмущает движение звёзд на расстояниях десятков тысяч световых лет от Солнца.

Морфология этой галактической волны проиллюстрирована рисунками, на которых положение тысяч ярких звёзд, закодированных красным и синим цветом, наложено на картографические карты Gaia. Если смотреть сверху вниз на галактику в плоскости, перпендикулярной её диску, распределение звёзд демонстрирует характерную спиральную структуру.

Однако именно на виде сбоку, через вертикальное сечение галактической системы, это явление проявляется с полной ясностью. Этот вид с ребра показывает искривление диска: одна сторона выгнута вверх, а другая – вниз, что является проявлением известного искривления. Новая волна накладывается на эту деформацию; области, окрашенные красным, обозначают скопления звёзд, расположенные над искривлённой средней плоскостью диска, а синие зоны – ниже.

Способность Gaia создавать эти трёхмерные визуализации, дополненная анализом трёх компонентов скорости звёзд — радиального движения к нам или от нас и собственного движения по небу — позволяет учёным создавать эти подробные карты с разных точек зрения. Анализ этих карт раскрывает колоссальный масштаб волновой структуры, которая простирается на значительную часть галактического диска, влияя на звёзды на расстояниях от 30 000 до 65 000 световых лет от центра Галактики. Для сравнения, общий диаметр Млечного Пути оценивается примерно в 100 000 световых лет.

Элоиза Поджо, астроном Национального института астрофизики (INAF) в Италии и ведущий исследователь группы, ответственной за это открытие, подчёркивает дополнительную ценность кинематических измерений. Научная интрига заключается не только в визуальном проявлении волновой структуры в трёхмерном пространстве, но и в её динамическом поведении при анализе движения звёзд, составляющих её.

Ключ к пониманию этого поведения кроется в визуализации движения звёзд, представленной белыми стрелками на изображении галактики, видимой с ребра. Можно наблюдать фазовый сдвиг – горизонтальное смещение между волновой структурой, образованной вертикальным положением звёзд (обозначенной красным и синим цветами), и структурой, образованной их вертикальным движением (обозначенной стрелками).

Это наблюдение согласуется с тем, что можно было бы ожидать от распространяющейся волны. Полезной аналогией служит «волна», создаваемая зрителями на стадионе. Поскольку галактические масштабы времени бесконечно длиннее человеческих, наблюдение за Млечным Путём эквивалентно наблюдению за застывшим снимком этой стадионной волны. Некоторые люди будут стоять, другие только что сели сразу после прохождения волны, а третьи начнут движение вверх, предвосхищая её приближение.

В этой аналогии уже стоящие люди соответствуют красным областям на галактических картах. Если рассматривать движения, то наиболее выраженное вертикальное движение вверх (обозначенное самыми длинными белыми стрелками, направленными вверх) будет у тех, кто только начал подниматься, находясь прямо перед гребнем надвигающейся волны.

Команде Поджо удалось проследить и охарактеризовать это удивительное движение, изучив детальное положение и движение молодых гигантских звёзд и цефеид. Эти типы звёзд имеют решающее значение для космологии благодаря предсказуемой переменности их блеска, что позволяет телескопам, таким как Gaia, наблюдать их и измерять расстояния до них с высокой точностью даже на обширных участках галактики.

Поскольку эти молодые звезды движутся когерентно с волной, учёные предполагают, что газ диска, из которого они образовались, также может участвовать в этих крупномасштабных колебаниях. Вполне вероятно, что молодые звезды сохраняют в своей динамике «память» о возмущении, присутствовавшем в первичном газовом облаке.

Окончательная причина этих галактических толчков остаётся в сфере научных догадок. Одно из возможных объяснений предполагает столкновение с карликовой галактикой в прошлом – событие огромной энергии, способное вызвать длительные возмущения в диске Млечного Пути. Однако для подтверждения или опровержения этой гипотезы требуются более глубокие исследования.

Другое направление исследований изучает возможную связь с другой ранее обнаруженной волновой структурой: волной Рэдклиффа. Последняя представляет собой мелкомасштабное волнообразное образование, расположенное примерно в 500 световых годах от Солнца и простирающееся на 9000 световых лет. Поджо поясняет, что волна Рэдклиффа представляет собой волокно гораздо меньших размеров, расположенное в другой части галактического диска, гораздо ближе к Солнцу, чем недавно обнаруженная большая волна. Связь между двумя структурами неясна; они могут быть проявлениями одного и того же базового явления или совершенно независимыми образованиями – вопрос, который астрономическое сообщество попытается решить в ходе будущих исследований.

Перспектива более глубокого понимания этих динамических особенностей Млечного Пути обнадёживает. Йоханнес Сальманн, научный сотрудник проекта Gaia в ЕКА, отмечает, что предстоящий четвёртый выпуск данных миссии будет включать ещё более точные измерения положения и движения звёзд, особенно переменных звёзд, таких как цефеиды. Это повышение качества данных позволит учёным уточнить карты галактик, с беспрецедентной детализацией отслеживая неровности и деформации, пронизывающие наш дом в космосе, и значительно продвинуться в понимании сил, определяющих его эволюцию.