Gaia mierzy prędkość zbliżania Galaktyki Andromedy

Europejski satelita Gaia wyjrzał poza naszą galaktykę i zbadał dwie pobliskie galaktyki, aby zbadać prędkości i kierunek gwiazd je tworzących oraz sprawdzić jak i kiedy zaczną oddziaływać, a w końcu zderzą się z Drogą Mleczną. Wyniki tych badań były zaskakujące.

Nasza galaktyka, Droga Mleczna należy do ogromnego zbioru gwiazd znanego pod nazwą Grupy Lokalnej, a wraz z Galaktyką Andromedy i Galaktyką Trójkąta (odpowiednio M31 i M33) zawiera większość masy Grupy Lokalnej.

Astronomowie od dawna podejrzewają, że Andromeda pewnego dnia zderzy się z Drogą Mleczną całkowicie zmieniając nasze kosmiczne otoczenie. Jednak trójwymiarowy ruch galaktyk Grupy Lokalnej pozostawał dotąd niejasny, a tym samym nie byliśmy w stanie dokładnie poznać przyszłości Drogi Mlecznej.

Mapa Drogi Mlecznej i pobliskich galaktyk stworzona na podstawie pomiarów niemal 1.7 miliarda gwiazd. Mama przedstawia zagęszczenie gwiazd obserwowanych prze satelitę Gaia w każdej części nieba od lipca 2014 do maja 2016 roku. Źródło: ESA/Gaia/DPAC

“Trzeba było zmierzyć ruch galaktyk w 3D, aby odkryć jak rosły i ewoluowały oraz co tworzy i jak wpływa na ich cechy charakterystyczne i zachowanie” mówi główny autor badań Roeland van der Marel z STScI w Baltimore.

“Dopiero drugi zestaw wysokiej jakości danych z Gaia umożliwił nam realizację tego zadania”.

Aktualnie Gaia tworzy najbardziej precyzyjny, trójwymiarowy obraz gwiazd w pobliskiej części Wszechświata. W ramach opisywanych tu badań wykorzystano dane z drugiego zestawu danych Gaia, opublikowanego w kwietniu 2018 roku.

Wcześniejsze badania Grupy Lokalnej łączyły obserwacje z teleskopów takich jak Kosmiczny Teleskop Hubble’a czy Very Long Baseline Array, dzięki którym można było badać zmiany orbit galaktyk Andromedy i Trójkąta w czasie. Obie galaktyki spiralne leżą między 2,5 i 3 miliony lat świetlnych od Ziemi i są wystarczająco blisko siebie, że mogą na siebie oddziaływać.

Powstały dwie możliwości: albo Galaktyka Trójkąta znajduje się na niewiarygodnie długiej, trwającej sześć miliardów lat orbicie wokół Galaktyki Andromedy, ale już kiedyś w przeszłości się z nią zderzyła, albo właśnie teraz rozpoczyna się jej opadanie na Galaktykę Andromedy. Każdy z tych scenariuszy charakteryzuje inna trajektoria orbity, a tym samym wskazuje na różne historie formowania oraz różną przyszłość każdej z tych galaktyk.

Najlepsze w historii zdjęcie Galaktyki Trójkąta (M33). Źródło: NASA, ESA, M. Durbin, J. Dalcanton, B.F. Williams (University of Washington)

Choć to Hubble wykonał najostrzejsze zdjęcia zarówno Galaktyki Andromedy jak i Galaktyki Trójkąta, to Gaia mierzy położenie i ruch wielu z tworzących je gwiazd z niespotykaną dotąd precyzją.

“Przeanalizowaliśmy dane Gaia identyfikując w nich tysiące gwiazd w obu tych galaktykach, a następnie dokładnie zbadaliśmy jak te gwiazdy się poruszają” dodaje współautor opracowania Mark Fardal, także z STScI.

“Choć główny zadaniem satelity Gaia jest badanie Drogi Mlecznej, jest ona w stanie dostrzec szczególnie masywne i jasne gwiazdy wewnątrz pobliskich obszarów gwiazdotwórczych – także w galaktykach znajdujących się poza naszą”.

Ruch gwiazd zmierzony przez satelitę Gaia nie tylko odkrywa jak każda z tych galaktyk porusza się w przestrzeni, ale także jak rotuje wokół własnej osi rotacji.

Sto lat temu gdy astronomowie po raz pierwszy próbowali zrozumieć naturę galaktyk, próbowano zbadać tempo ich rotacji, ale niestety takiego zadania nie dało się zrealizować za pomocą dostępnych w tamtych czasach teleskopów.

Ruchy gwiazd w Galaktyce Andromedy. Źródło: ESA/Gaia; NASA/Galex; R. van der Marel, M. Fardal, J. Sahlmann (STScI)

“Dopiero Gaia pozwoliła nam określić tempo rotacji tych galaktyk” mówi van der Marel.

“Po raz pierwszy w historii zmierzyliśmy rotację M31 oraz M33. Potrzeba było 100 lat, aby Gaia była w stanie w końcu zmierzyć rzeczywistą, niewielką wartość tempa rotacji naszej najbliższej dużej galaktyki – M31. To pomoże nam znacznie lepiej zrozumieć naturę galaktyk jako całości”.

Łącząc istniejące obserwacje z nowymi danymi opublikowanymi przez konsorcjum Gaia, badacze określili ruch galaktyk M31 i M33 oraz obliczyli trajektorię ich orbit kilka miliardów lat wstecz jak i w przyszłość.

“Odkryte przez nas prędkości wskazują, że M33 nie może znajdować się na tak długiej orbicie wokół M31” mówi współautorka opracowania Ekta Patel z University of Arizona. “Nasze modele jednoznacznie wskazują, że M33 dopiero teraz po raz pierwszy opada na M31”.

Podczas gdy Droga Mleczna i Andromeda wciąż skazane są na zderzenie i połączenie się w jedną galaktykę, to czas zderzenia i zakres zniszczeń najprawdopodobniej także będą inne niż dotychczas oczekiwano.

W związku z tym, że ruch Andromedy jest nieznacznie inny od wcześniejszych szacunków, galaktyka ta prawdopodobnie częściowo zderzy się z Drogą Mleczną, ale nie czołowo. Cały proces rozpocznie się nie za 3,9 miliarda lat, ale za 4,5 – jakieś 600 milionów lat później niż tego oczekiwano.

“To niezwykle istotne wyniki dla naszego zrozumienia ewolucji i interakcji galaktyk” mówi Timo Prusti, naukowiec projektu Gaia w ESA.

“Dostrzegamy nietypowe cechy zarówno w M31 jak i w M33, takie jak odchylone strumienie i ogony gwiazd i pyłu. Jeżeli galaktyki te nigdy się ze sobą nie zderzyły, owe struktury nie mogły powstać wskutek działania sił powstających przy zderzeniu. Prawdopodobnie powstały w interakcjach z innymi galaktykami, albo wskutek działania dynamiki gazu w samych galaktykach”.

“Gaia została zaprojektowana do tworzenia map w Drodze Mlecznej, ale najnowsze badania wskazują, że ten satelita przewyższa możliwościami oczekiwania swoich twórców i może dostarczać unikalnych informacji o strukturze i dynamice także innych galaktyk. Im dłużej Gaia wpatruje się w niewielkie ruchy tych galaktyk na niebie, tym bardziej precyzyjne będą to pomiary”.

Źródło: ESA

Author: Radek Kosarzycki

Niedoszły astronom. Prawie filolog. Aspołeczny popularyzator nauki. Kulturalny cham.