Astronomowie rozwiązali półwieczną zagadkę i zidentyfikowali gwiazdy związane z kosmicznym strumienie gazu emanującym z pary pobliskich galaktyk.
Przez prawie pięćdziesiąt lat astronomowie bezskutecznie poszukiwali gwiazd w rozległej strukturze znanej jako Strumień Magellana. Ta kolosalna wstęga gazu rozciąga się na prawie 300 średnic tarczy Księżyca na południowej półkuli nieba i podążają za galaktykami Obłoków Magellana, dwiema najbliższymi kosmicznymi sąsiadkami naszej Galaktyki Drogi Mlecznej. Teraz poszukiwania gwiazd wreszcie dobiegły końca. Naukowcy z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) i ich współpracownicy zidentyfikowali 13 gwiazd, których odległości, ruch i skład chemiczny plasują je w obrębie enigmatycznego strumienia.
Dzięki zlokalizowaniu tych gwiazd udało się ustalić rzeczywistą odległość do Strumienia Magellana. Odkryto, że rozciąga się on od 150 tysięcy do ponad 400 tysięcy lat świetlnych. Odkrycia te otwierają nowe możliwości mapowania i modelowania Strumienia Magellana z niespotykaną dotąd precyzją, co pozwala na nowe spojrzenie na historię i charakterystykę naszej Galaktyki i jej sąsiadek.
Strumień Magellana dominuje na południowym niebie, a nasze badania w końcu doprowadziły do odkrycia struktury gwiezdnej, której poszukiwano przez dziesięciolecia – powiedział Vedant Chandra, doktorant astronomii i astrofizyki w CfA, główny autor nowego badania opublikowanego w czasopiśmie „The Astrophysical Journal”.
Mamy nadzieję, że dzięki tym i podobnym wynikom uzyskamy znacznie lepsze zrozumienie formowania się Strumienia Magellana i Obłoków Magellana, a także ich przeszłych i przyszłych relacji z naszą Galaktyką – powiedział współautor Charlie Conroy, profesor astronomii w CfA i doradca Chandry.
Wielki i Mały Obłok Magellana to karłowate galaktyki satelitarne Drogi Mlecznej. Choć widoczne nieuzbrojonym okiem jako mgliste luminacje, są znane od starożytności. W miarę rozwoju coraz potężniejszych teleskopów, zdolnych do dostrzegania zjawisk zbyt słabych dla ludzkiego oka, astronomowie odkryli gigantyczny pióropusz gazu wodorowego, najwyraźniej wyrzucony z Obłoków na początku lat siedemdziesiątych. Badania gazu wewnątrz Strumienia Magellana wykazały, że ma on dwie przeplatające się struktury włókien, z których jedno pochodzi z obu Obłoków. Te cechy sugerują, że grawitacja Drogi Mlecznej mogła wyciągnąć Strumień Magellana z Obłoków. Jednak to, jak dokładnie uformował się Strumień, jest wciąż trudne do ustalenia, głównie dlatego, że jego domniemany składnik gwiazdowy pozostaje irytująco niedostrzegalny.
Chandra podjął się ambitnego projektu rozpoczętego w 2021 roku w ramach jego doktoratu w CfA i mającego na celu rozwiązanie tego problemu. Skonsultował się z Conroyem w kwestii interesujących obszarów tematycznych do zbadania, a ten wskazał mu niezbadane granice Drogi Mlecznej. Nieliczne gwiazdy rozsiane na obrzeżach Galaktyki były dotąd badane w niewielkim stopniu, głównie ze względu na to, że nasz Układ Słoneczny znajduje się w samym rozgwieżdżonym dysku Drogi Mlecznej – podobnie jak koncertowicz w pobliżu sceny, próbujący zobaczyć kogoś na obrzeżach tłumu. Jednak w ciągu ostatniej dekady katalogi obserwacyjne opracowane przez nowe instrumenty, zwłaszcza sondę kosmiczną Gaia, zaczęły obejmować obiekty gwiazdowe, które mogą być właśnie tymi nieuchwytnymi gwiazdami granicznymi. Dzięki dostępowi do 6,5-metrowego Teleskopu Magellana w Obserwatorium Las Campanas w Chile za pośrednictwem CfA i Massachusetts Institute of Technology (MIT) Chandra podjął się dokonania spektroskopii odległych gwiazd Drogi Mlecznej, który po ukończeniu będzie największą tego typu próbką do tej pory.
Spektroskopia polega na zbieraniu wystarczającej ilości światła z obiektu, aby wykryć pewne sygnatury odciśnięte w pasmach kolorów światła, które, podobnie jak odciski palców, jednoznacznie identyfikują poszczególne pierwiastki chemiczne. Te sygnatury ujawniają zatem skład chemiczny obiektu, co wskazuje na jego pochodzenie. Ponadto sygnatury te zmieniają się w zależności od odległości od obiektu, umożliwiając astronomom określenie, dokąd zmierza obiekt oraz skąd pochodzi. W przypadku badania Chandry analiza spektroskopowa ujawniła zestaw 13 gwiazd o odległościach i prędkościach mieszczących się w zakresie oczekiwanym dla Strumienia Magellana. Co więcej, obfitość chemiczna tych gwiazd odpowiada obiektom z Obłoków Magellana, na przykład poprzez wyraźny niedobór cięższych pierwiastków, które astronomowie nazywają metalami. Te 13 gwiazd po prostu wyraźnie odcinało się na tle naszego zbioru danych – powiedział Rohan Naidu, współautor badania.
Poprzez solidne pomiary odległości i zasięgu Strumienia Magellana, za pomocą tych gwiazd, badacze potwierdzili historię jego powstania jako grawitacyjnego pochwycenia przez Drogę Mleczną. Naukowcy byli również w stanie obliczyć ogólny rozkład gazu w Strumieniu z większą pewnością w porównaniu do wcześniejszych szacunków. Rozkład ten wskazuje, że Strumień jest w rzeczywistości około dwukrotnie bardziej masywny niż powszechnie uważano. Wynik ten z kolei zapowiada powstawanie wielu nowych gwiazd w Drodze Mlecznej, ponieważ zgodnie z wcześniejszymi obserwacjami Strumień aktywnie wpada do naszej Galaktyki. W ten sposób staje się głównym dostawca zimnego, neutralnego gazu potrzebnego do tworzenia nowych gwiazd w Drodze Mlecznej.
Dalsze badania Strumienia Magellana powinny również pomóc astronomom dowiedzieć się więcej o składzie naszej Galaktyki. Ponieważ uważa się, że Strumień śledzi przeszłe ścieżki Obłoków Magellana, modelowanie ewolucji stosunkowo masywnego Wielkiego Obłoku Magellana poprzez Strumień uczyni dokładniejszymi pomiary rozkładu masy Drogi Mlecznej. Znaczna część tej masy ma postać ciemnej materii – słabo poznanej, a oddziałującej grawitacyjnie. Lepsze pomiary masy naszej Galaktyki w jej odległych zakątkach pomogą w określeniu zawartości zwykłej materii i ciemnej materii, ograniczając możliwe właściwości tej ostatniej.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
- Distant Stars Spotted for the First Time in the Vast Magellanic Stream
- Discovery of the Magellanic Stellar Stream Out to 100 kpc
Źródło: CfA
Na ilustracji: Wizja artystyczna gwiezdnego Strumienia Magellana. Mały i Wielki Obłok Magellana pokazane są po prawej stronie. Na ilustracji widać także 13 czerwonych olbrzymów. Źródło: CfA / Melissa Weiss
