Dwie galaktyki karłowate połączone gwiezdnym mostem

Na zdjęciu: biała linia przedstawia przybliżony ślad strumienia gwiazd, niebieska linia przedstawia ślad strumienia gazu. Źródło: V. Belorukow, D. Erkal i A. Mellinger

Obłoki Magellana, dwie największe galaktyki satelitarne Drogi Mlecznej, połączone są mostem rozciągającym się na 43 000 lat świetlnych – informuje międzynarodowy zespół astronomów pracujących pod kierownictwem badaczy z University of Cambridge. Odkrycie zostało ogłoszone w periodyku Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, a opiera się na katalogu gwiazd wykonanym przez obserwatorium Gaia (ESA).

Przez ostatnie 15 lat naukowcy z niecierpliwością oczekiwali na pierwsze dane z obserwatorium Gaia. Pierwsza porcja informacji zebranych przez satelitę została opublikowana i udostępniona publicznie trzy miesiące temu. Ten zestaw danych o niespotykanie wysokiej jakości to katalog położenia i jasności miliarda gwiazd znajdujących się w Drodze Mlecznej i w jej otoczeniu.

To co Gaia przesłała na Ziemię jest naprawdę niespotykane. Rozdzielczość kątowa satelity jest podobna do rozdzielczości, która charakteryzuje Kosmiczny Teleskop Hubble’a, jednak dzięki znacznie większemu polu widzenia, satelita może badać całe niebo zamiast niewielkiego jego wycinka. Co więcej, Gaia wykorzystuje największą liczbę pikseli do wykonywanych przez siebie cyfrowych zdjęć nieba spośród wszystkich obserwatoriów kosmicznych.

W przeciwieństwie do typowych teleskopów Gaia nie wpatruje się tylko w jedno miejsce, zamiast tego obserwatorium bezustannie rotuje wokół własnej osi, omiatając całe niebo w nieco ponad miesiąc. Dzięki temu nie tylko mierzy chwilowe właściwości gwiazd, lecz także śledzi ich zmiany w czasie. To doskonała okazja do odkrywania przeróżnych obiektów, np. gwiazd pulsujących czy eksplodujących – nawet pomimo tego, że nie taki był cel badań prowadzonych przez to obserwatorium.

Zespół z Cambridge skupił się na obszarze w pobliżu Obłoków Magellana i wykorzystał dane zebrane przez obserwatorium Gaia do wybrania określonego typu gwiazd pulsujących – tak zwanych gwiazd RR Lyrae, bardzo starych, i chemicznie pierwotnych gwiazd. Dzięki temu, że te gwiazdy istnieją od samego początku istnienia Obłoków, oferują one wgląd w historię tej pary galaktyk. Badanie Wielkiego i Małego Obłoku Magellana (LMC i SMC odpowiednio) zawsze było trudne, z uwagi na to, że rozciągają się one na dużym fragmencie nieba. Jednak dzięki unikalnej zdolności obserwowania całego nieba przez satelitę Gaia, teraz jest to znacznie łatwiejsze zadanie.

W pobliżu Drogi Mlecznej, obłoki są najjaśniejszymi i największymi przykładami karłowatych galaktyk satelitarnych. Znane ludzkości od zarania dziejów (a Europejczykom od pierwszych wypraw na półkulę południową), Obłoki Magellana do dzisiaj stanowią prawdziwą zagadkę. Choć obłoki od zawsze były charakterystycznym elementem południowego nieba nocnego, astronomowie dopiero od niedawna mogą je badać bardziej szczegółowo.

To czy obłoki pasują do konwencjonalnej teorii formowania galaktyk czy też nie zależy przede wszystkim od ich masy i od momentu ich pierwszego podejścia do Drogi Mlecznej. Badacze z Instytutu Astronomii w Cambridge odkryli wskazówki, które pomogą nam określić obie te cechy.

Dokładne określenie przybycia obłoków w pobliże galaktyki jest niemożliwe bez znajomości ich orbit. Niestety orbity galaktyk satelitarnych są bardzo trudne do określenia: przy ogromnych odległościach ruch obiektu na niebie jest na tyle mały, że jest po prostu niezauważalny w trakcie trwania życia ludzkiego. Z uwagi na brak możliwości określenia orbity dr Wasilij Belokurow wraz ze współpracownikami odkrył następną możliwą wskazówkę – strumień gwiazd.

Strumienie gwiazd powstają gdy satelita – galaktyka karłowata lub gromada gwiazd – zaczynają odczuwać siły pływowe obiektu, wokół którego krążą. Pływy rozciągają satelitę w dwóch kierunkach: do i od obiektu macierzystego. W wyniku oddziaływać na obszarach peryferyjnych satelity powstają dwa otwory: niejsze obszary gdzie przyciąganie grawitacyjne satelity równoważone jest przez przyciąganie obiektu macierzystego. Gwiazdy satelity, które znajdą się w tych obszarach z łatwością mogą opuścić satelitę i zacząć samodzielnie krążyć wokół obiektu macierzystego. Stopniowo, powoli, pojedyncze gwiazdy opuszczają satelitę tworząc z czasem jasny ślad na niebie, który może nam wiele powiedzieć o orbicie satelity.

„Istnienie strumieni gwiazd w pobliżu obłoków było postulowane od dawna, choć jak dotąd nikt ich nie obserwował”, tłumaczy dr Belokurow. „Oznaczając położenie obserwowanych przez Gaia gwiazd typu RR Lyrae na niebie, z zaskoczeniem zauważyliśmy wąską strukturę przypominającą most, a łączącą oba obłoki. Uważamy, że przynajmniej częściowo ten ‚most’ składa się z gwiazd, które zostały wydarte z Małego Obłoku przez Wielki. Reszta może składać się z gwiazd Wielkiego Obłoku Magellana wyrwanych z niego przez Drogę Mleczną.”

Badacze uważają, że most RR Lyrae pozwoli nam wyjaśnić historię oddziaływań między obłokami a naszą galaktyką.

„Porównaliśmy kształt i dokładne położenie mostu gwiezdnego z symulacjami komputerowymi Obłoków Magellana zbliżających się do Drogi Mlecznej”, mówi dr Denis Erkal, współautor artykułu. „Wiele gwiazd mostu wydaje się być gwiazdami wyrwanymi z SMC podczas ostatniego zbliżenia, jakieś 200 milionów lat temu, kiedy to galaktyki karłowate przeleciały stosunkowo blisko siebie. Uważamy, że w wyniku tego zbliżenia z SMC wyrwane zostały nie tylko gwiazd lecz dość dużo wodoru gazowego. Mierząc offset między mostem gwiazd RR Lyrae a mostem gazu wodorowego, możemy ustalić ograniczenia na gęstość gazowej korony Galaktyki.”

Składająca się ze zjonizowanego gazu o bardzo niskiej gęstości, gorąca korona Galaktyki jest niezwykle trudna w badaniu. Niemniej jednak jest ona intensywnie badana z uwagi na fakt, że naukowcy uważają, że może ona zawierać większość brakującej materii barionowej (zwykłej). Astronomowie starają się od dawna określić gdzie jest ta brakująca materia (atomy i jony tworzące gwiazdy, planety, pył i gaz). Uważa się, że większość, lub nawet całość, tych brakujących barionów znajduje się właśnie w koronie galaktyki. Mierząc gęstość korony w dużej odległości być może uda się rozwiązać tę zagadkę. Podczas ostatniego spotkania Małego Obłoku Magellana z Wielkim, z tego mniejszego wyrwane zostały tak gwiazdy jak i gaz, w wyniku czego powstał pływowy strumień. Początkowo gwiazdy i gaz poruszały się z tą samą prędkością. Niemniej jednak wraz ze zbliżaniem się do naszej Galaktyki, obie galaktyki satelitarne zaczęły odczuwać opór ze strony korony Drogi Mlecznej. Gwiazdy – stosunkowo małe i gęste – przeleciały przez koronę bez zmian prędkości. Jednak delikatniejszy strumień gazowego wodoru neutralnego znacznie zwolnił przelatując przez koronę. Porównując obecne położenie gwiazd i gazu, uwzględniając gęstość gazu i czas spędzony przez obłoki w koronie, naukowcy oszacowali gęstość korony. Dr Erkal podsumowując badania powiedział: „Nasze szacunki wskazują, że korona może stanowić znaczącą część brakującej materii barionowej, zgodną z wcześniejszymi szacunkami. Zważając na te wyniki, obecnie uznawany model formowania galaktyk dzielnie znosi dokładniejsze badania wykonywane za pomocą obserwatorium Gaia.”

Źródło: University of Cambridge