GAIA: Žemės žvilgsnis į Galaktiką

Kosmosas GAIA: Žemės žvilgsnis į Galaktiką...

2013 metų gruodį į kosmosą pakilo Europos kosmoso agentūros observatorija „Gaia“. Daugiau nei 700 milijonų eurų kainavęs aparatas jau ketvirtus metus skraido orbitoje aplink Saulę, nuo Žemės nutolęs pusantro milijono kilometrų, ir fotografuoja dangų. Ir kas iš to?

Pernai rugsėjį buvo paskelbtas pirmasis „Gaia“ duomenų katalogas. Šiandien šis straipsnis pacituotas jau 243 kartus, nenustebčiau, jei dar bent koks šimtas straipsnių, kuriuose panaudota katalogo medžiaga, pacitavo ne šį, o greta paskelbtus tam tikrų katalogo detalių pristatymo straipsnius. Tai yra maždaug po du straipsnius kasdien. Turint omeny, kad šiaip per dieną astronominių straipsnių paskelbiama kokie 50, tai reiškia, kad viena „Gaia“ observatorija duoda medžiagos 4 proc. visos astronominės produkcijos. Suskirsčius straipsnius į smulkesnes temas, pamatysime, kad kai kuriose iš jų „Gaia“ duomenų analizė sudaro kone pusę darbų. Ir ką tokio pavyko atrasti? Keletą įdomesnių rezultatų praeitą savaitę vykusioje Europos astronomijos ir kosmoso mokslų savaitėje pristatė „Gaia“ duomenų apdorojimo ir analizės grupės vadovas Anthony Brownas iš Leideno universiteto.

Šiuose duomenyse yra nurodytos daugiau nei milijardo objektų – daugiausiai žvaigždžių – padėtys danguje ir ryškiai. Daugiau nei dviejų milijonų objektų taip pat žinomas ir paralaksas – regimasis judėjimas tolimų objektų atžvilgiu dėl Žemės sukimosi aplink Saulę – bei judėjimo dangaus skliautu greitis ir kryptis. Laikui bėgant šie duomenys padės sudaryti visos Paukščių tako galaktikos trimatį žvaigždėlapį, bet jau dabar tai yra beprecedentiškai tikslus žvaigždžių padėčių duomenų rinkinys. Ir aprėpia jis ne tik mūsų Galaktiką, bet ir Didįjį ir Mažąjį Magelano debesis, Andromedą, kitų aplinkinių galaktikų žvaigždes ir netgi kai kuriuos tolimus kvazarus.

Kamuolinis spiečius M4. Šaltinis: T2KA, KPNO 0.9-m Telescope, NOAO, AURA, NSF

Vienas iš svarbių darbų – katalogo tikslumo patikrinimas. Tai galima padaryti lyginant jo duomenis su kitais teleskopais gauta informacija. Štai pavyzdžiui, palyginus penkiuose kamuoliniuose spiečiuose esančių žvaigždžių padėtis ir judėjimo dangaus skliaute greičius (kartu šie dalykai vadinami astrometriniais parametrais), nustatytus „Hubble“ ir „Gaia“ teleskopais, gautas identiškas atitikimas. Tik „Gaia“ duomenys – šiek tiek tikslesni, todėl ir atstumą iki spiečių dabar žinome šiek tiek geriau. O štai antžeminių teleskopų stebėjimai dažnai pervertina atstumą iki spiečių, nes išmatuoti jo žvaigždžių paralakso pakankamai tiksliai nepavyksta.

Magelano debesys paryčiais Australijoje. Šaltinis: Chris Schur

Ryškiausios kitos galaktikos nakties danguje yra Didysis ir Mažasis Magelano debesys. Jų žvaigždžių judėjimas ilgą laiką kėlė daugybę klausimų ir ginčų. „Gaia“ duomenyse randame abiejų Debesų žvaigždžių astrometrinius duomenis, kurie leido patikslinti atstumą iki galaktikų ir jų judėjimo greičius. Rezultatai didelių staigmenų nepateikė: galaktikų savieji greičiai sutampa su anksčiau apskaičiuotais iš „Hubble“ duomenų. Tačiau taip pat pavyko patvirtinti seniau įtartą, bet aiškiai neišskirtą, Didžiojo Magelano debesies sukimąsi. Nors vieną ratą jo žvaigždės apsuka per šimtą milijonų metų, „Gaia“ sugebėjo tokį judėjimą pamatyti. Beje, šis straipsnis į žurnalą buvo išsiųstas praėjus mažiau nei parai po duomenų katalogo paskelbimo.

Magelano srautas (pažymėtas rausvai) – dujų srautas, jungiantis abu Magelano debesis ir besidriekiantis toli už jų. Šaltinis: Nidever et al. (2010), The Astrophysical Journal

Tęsiant kalbą apie Magelano debesis: šios galaktikos sąveikauja tarpusavyje ir su Paukščių Taku. Abiejų galaktikų dujos yra ištemptos iš galaktikų ir sudaro Magelano srautą – per pusę dangaus nusidriekusią dujų juostą. Dalis juostos yra ir tarp galaktikų, ten ji vadinama Magelano tiltu. „Gaia“ duomenys leido nustatyti žvaigždžių struktūras, esančias tarp galaktikų. Paaiškėjo, kad dujų tiltas beveik tiksliai sutampa su jaunų žvaigždžių juosta, jungiančia galaktikas. O štai senesnių kintančiųjų Lyros RR tipo žvaigždžių juosta, irgi jungianti galaktikas, yra nutolusi nuo tilto. Šie rezultatai leidžia įvertinti ir Paukščių Tako dujinio halo tankį, mat nuo jo priklauso, kaip sparčiai Magelano tilto dujos slenkasi į šalį ir atsiskiria nuo žvaigždžių tilto.

Žvaigždžių srautai aplink Paukščių Taką. Šaltinis: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech)

Aplink mūsų Galaktiką besisukančios palydovės, kaip ir Magelano debesys, palieka dalį žvaigždžių, kurios formuoja įvairius srautus. Dauguma srautų yra labai neryškūs, todėl juos aptikti labai sudėtinga, ką jau kalbėti apie detalų tyrinėjimą. O „Gaia“ duomenys leidžia tai padaryti. Jais remiantis nustatyta, kad Paukščių Tako halas yra tarsi „saldainių dėžutė“ – susideda iš įvairių didesnių ir mažesnių srautų. Skaitmeniniuose galaktikų evoliucijos modeliuose tokių galaktikų pasitaiko; jų halų žvaigždės susiformuoja vien iš įkritusių žvaigždžių, o ne iš pabėgusių iš galaktikos disko ar susiformavusių hale pasitaikančiuose dujų debesyse. Kito rezultato skaitmeniniai modeliai nelabai gali paaiškinti: atrodo, kad tarp halo žvaigždžių, kurios nuo Galaktikos centro vidutiniškai nutolusios daugiau, nei Saulė, daugiau pusė sukasi priešinga kryptimi aplink Galaktikos centrą, negu Saulė ir didžioji dalis Galaktikos žvaigždžių. Skaitmeniniuose modeliuose tokių galaktikų randama tik apie vieną procentą, taigi mūsų Paukščių Takas atrodo kaip gana unikalus objektas.

Didžiojo Šuns žvaigždynas ir Sirijus. Šaltinis: Tom Wildoner, EarthSky

Sirijus yra ryškiausia nakties dangaus žvaigždė. Todėl greta jos esančius blausesnius objektus tyrinėti sudėtinga. Taip sudėtinga, kad jie gali likti nepastebėti. Vasario mėnesį pranešta apie dviejų naujų žvaigždžių spiečių atradimą. Vienas iš jų, pavadintas „Gaia 1“, dangaus skliaute yra visai šalia Sirijaus. Netrukus šis atradimas patvirtintas specialiais antžeminiais stebėjimais. Naujasis spiečius yra 13–22 tūkstančių kartų masyvesnis už Saulę ir maždaug trijų milijardų metų amžiaus. Nuo mūsų jis nutolęs per 4,6 kiloparseko – daugiau nei pusę tiek, kiek mus skiria nuo Galaktikos centro, tik priešinga kryptimi. Atstumas iki Sirijaus – gerokai mažesnis, tik 2,6 parseko.

Hipergreitos žvaigždės pabėgimas iš galaktikos. Dailininko vizualizacija. Šaltinis: NASA

Kartais ekstremalūs procesai – dažniausiai supernovų sprogimai dvinarėse žvaigždėse arba tokių žvaigždžių suardymai šalia supermasyvios juodosios skylės – išsviedžia žvaigždes tolyn didžiuliais greičiais, kartais net lauk iš Galaktikos. Teoriniai modeliai teigia, kad tokių hipergreitųjų žvaigždžių turėtų būti maždaug viena iš milijono; taigi, „Gaia“ kataloge turėtume rasti porą hipergreitų žvaigždžių su išmatuotais paralaksais ir judėjimo greičiais dangaus skliaute. Bet išnaršius katalogą, tokių žvaigždžių aptikta net 14. Penkios iš jų, tikėtina, yra pakankamai greitos, kad visiškai pabėgtų iš mūsų Galaktikos. Toks rezultatas reiškia, kad hipergreitųjų žvaigždžių atsiradimo modelius reikia rimtai pergalvoti, nes šių žvaigždžių, pasirodo, gali būti gerokai daugiau, nei prognozuota.

Oriono ūkas, artimiausias mums žvaigždėdaros regionas. Šaltinis: NASA, ESA, M. Robberto (Space Telescope Science Institute/ESA) and the Hubble Space Telescope Orion Treasury Project Team

Paskutinis atradimas, kurį čia pristatysiu, yra toks naujas, kad dar nepublikuotas; jis buvo pristatytas birželio pradžioje vykusioje konferencijoje. „Gaia“ duomenys leido patikslinti atstumus iki jaunų žvaigždžių Oriono žvaigždyno kryptimi, o sujungus juos su žvaigždžių evoliucijos modeliais labai detaliai parodyta žvaigždėdaros proceso evoliucija erdvėje. Per 20 milijonų metų užgeso vienas žvaigždėdaros židinys ir užsižiebė kitas, 50 parsekų atstumu į pietus nuo pirmojo. Tokia analizė leis labai nuodugniai ištirti žvaigždžių formavimąsi ir jų poveikį aplinkinėms dujoms.

Pusė metų nuo pirmojo duomenų katalogo atnešė kelis šimtus atradimų. Antrasis duomenų katalogas bus paskelbtas 2018 metų balandį. Apskritai misija dar vyks bent iki 2019 metų, tačiau iš principo ją būtų galima tęsti iki 2023 vidurio. Taigi iš viso duomenų bus surinkta bent kelis kartus daugiau, nei yra dabar. Ką rasime juose, parodys laikas, tačiau jau dabar aišku, kad mūsų žinias apie Galaktiką ir jos apylinkes ši misija pagilins daugybę kartų.

Techo naujienos į Jūsų el. pašo dėžutę: