Gwiazdy wokół Drogi Mlecznej: kosmiczni najeźdźcy czy ofiary ewolucji galaktycznej?

Astronomowie badali niewielką populację gwiazd w halo Drogi Mlecznej, wykazując, że ich skład chemiczny ściśle pasuje do dysku galaktycznego. Podobieństwo to dostarcza przekonujących dowodów, że gwiazdy te pochodzą z wnętrza dysku a nie z wyniku połączenia się galaktyk karłowatych. Uważa się, że przyczyną tej gwiezdnej migracji mogą być teoretycznie oscylacje dysku Drogi Mlecznej jako całości, wywołane przez pływowe interakcje Galaktyki z przelatującą masywną galaktyką satelitarną.

Ziemia wraz z Układem Słonecznym znajduje się w ramieniu Galaktyki zwanym Ramieniem Oriona. Miejsce to pozwala nam na dokładniejsze badanie galaktyk takich, jak na przykład nasza Droga Mleczna.

Ponieważ znajdujemy się wewnątrz Galaktyki, stawia nam to pewne wyzwania w jej zrozumieniu, na przykład w określeniu kształtu czy rozmiaru. Kolejnym problemem jest czas: jak interpretować ewolucję galaktyczną, jeżeli nasze życie jest znacznie krótsze, niż mgnienie kosmicznego oka?

Dzisiaj mamy dość jasny obraz rozległych właściwości Drogi Mlecznej i tego, jak ona pasuje do innych galaktyk we Wszechświecie. Astronomowie klasyfikują ją jako dość przeciętną, dużą galaktykę spiralną, w której większość gwiazd krąży w jej centrum w dysku a pył i gwiazdy spoza krąży w galaktycznym halo.

Owe gwiazdy halo wydają się nie być tam przypadkowo rozmieszczone. Wiele z nich jest zgrupowanych w gigantyczne struktury – ogromne strumienie i obłoki gwiazd, niektóre całkowicie okrążają Galaktykę. Struktury te zostały zinterpretowane jako znaki burzliwej przeszłości Drogi Mlecznej – szczątki pochodzące z grawitacyjnego rozerwania wielu mniejszych galaktyk, które w przeszłości miały atakować Galaktykę.

Naukowcy próbowali dowiedzieć się więcej na temat gwałtownej historii Drogi Mlecznej, patrząc na właściwości gwiazd z resztek, które po sobie pozostawiły. Ich pozycje i ruchy mogą nam dostarczyć wskazówek na temat oryginalnej ścieżki „najeźdźcy”, podczas gdy typy gwiazd, które one zawierają i ich skład chemiczny może nam powiedzieć coś o tym, jak mogłaby wyglądać dawno umarła galaktyka.

Międzynarodowy zespół astronomów kierowany przez dr Marię Bergemann z Instytutu Astronomii Maxa Plancka w Heidelbergu znalazł teraz nieodparte dowody na to, że niektóre z tych struktur halo mogą nie być pozostałościami po inwazji galaktyk, lecz raczej pochodzą z samego dysku Drogi Mlecznej.

Naukowcy zbadali 14 gwiazd znajdujących się w dwóch różnych strukturach w halo galaktycznym, w Trójkąt-Andromeda (Tri-And) oraz skupisku gwiazd A-13, które znajdują się po przeciwnych stronach płaszczyzny dysku Galaktyki. Wcześniejsze badania ruchu tych dwóch struktur dyfuzyjnych ujawniły, że są one kinematycznie powiązane i mogą być związane z Pierścieniem Jednorożca, struktury wokół Drogi Mlecznej. Jednak natura i pochodzenie obu struktur nie została jednoznacznie wyjaśniona. Pozycje, w jakich znajdują się te dwa skupiska gwiazd można określić na około 5 kiloparseków (14 000 lat świetlnych) powyżej i poniżej płaszczyzny Galaktyki.

Bergemann i jej zespół po raz pierwszy przedstawili szczegółowe wzory obfitości chemicznej tych gwiazd, uzyskane za pomocą wysokiej rozdzielczości widm wykonanych za pomocą teleskopów Keck i VLT, dzięki czemu mogą je połączyć z macierzystymi populacjami gwiazd.

Porównując skład chemiczny tych gwiazd ze znalezionymi w innych kosmicznych strukturach, naukowcy byli zaskoczeni, że są niemal identyczne, zarówno w obrębie tych grup, jak i między nimi, i ściśle pasują do wzorców obfitości gwiazd dysku Drogi Mlecznej. Dostarcza to przekonujących dowodów, że gwiazdy te najprawdopodobniej pochodzą z cienkiego dysku galaktycznego (młodsza część Drogi Mlecznej, skoncentrowana na płaszczyźnie Galaktyki), a raczej z gruzów z inwazyjnych galaktyk.

Ale w jaki sposób gwiazdy osiągnęły tak ekstremalne pozycje powyżej i poniżej płaszczyzny dysku galaktycznego? Teoretyczne obliczenia ewolucji Drogi Mlecznej przewidują, że może tak się stać, a gwiazdy zostaną przeniesione na duże odległości wertykalne z miejsca ich narodzin w płaszczyźnie dysku. Ta “migracja” gwiazd jest teoretycznie wyjaśniona przez oscylacje dysku jako całości. Faworyzowanym wytłumaczeniem tych oscylacji jest pływowa interakcja ciemnej materii w halo Galaktyki oraz jej dysku z przechodzącą masywną galaktyką satelitarną.

Odkrycia te są bardzo ekscytujące, ponieważ wskazują, że dysk Drogi Mlecznej oraz jej dynamika są znacznie bardziej złożone, niż wcześniej sądzono. Kolejnym krokiem astronomów będzie przeanalizowanie widma innych gwiazd, zarówno w obu skupiskach, jak i w innych strukturach znajdujących się dalej od dysku. Są także zainteresowani oszacowaniem mas oraz wieku tych gwiazd, aby ustalić ograniczenia czasowe, kiedy nastąpiła interakcja Drogi Mlecznej z galaktyką karłowatą.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Stars Around the Milky Way: Cosmic Space Invaders or Victims of Galactic Eviction?

Źródło: La Guardia

Na zdjęciu: Droga Mleczna zaburzana interakcją pływową z galaktyką karłowatą, zgodnie z przewidywaniami symulacji N-ciała. Wskazano lokalizacje obserwowanych gwiazd powyżej i poniżej dysku galaktycznego, które są wykorzystywane do testowania scenariusza zaburzeń. Źródło: T.Mueller/NASA/JPL-Caltech