Vidění vzdálené strany Mléčné dráhy

Detekce hvězdotvorné oblasti 66 500 světelných let od Země na druhé straně centra naší galaxie propůjčuje váhu existenci prodloužené paže Mléčné dráhy.

Pohled umělce na Mléčnou dráhu mapuje polohu Slunce na jedné straně a hvězdotvornou oblast (zdroj vodní masáže G007.47 + 00.05) na opačné straně ve spirálovém rameni Scutum-Centaurus.
(c) Bill Saxton / NRAO / AUI / NSF / Robert Hurt / NASA

Je lákavé podívat se na galaxii Andromeda, na náš nejbližší galaktický sourozenec, jako bychom se dívali do zrcadla. Koneckonců je to také spirální galaxie, je to jen to, že má dvě spirálová ramena, zatímco Mléčná dráha má čtyři (a středový pruh). Žádné čekání, infračervená pozorování ukázala, že Mléčná dráha má ve skutečnosti pouze dvě spirálová ramena. Počkejte znovu: Rádiová pozorování odhalí, že všechny čtyři zbraně skutečně existují.

Charakterizovat základní strukturu Mléčné dráhy se ukázalo jako obtížný úkol, protože na rozdíl od Andromedy se na ni nemůžeme jen podívat. Za prvé, prachové pruhy blokují náš pohled na viditelné světlo, takže astronomové se uchylují k delším vlnovým délkám, aby propíchli závoje prachu a plynu. Za druhé sedíme mezi mraky a hvězdami, které se točí kolem galaktického centra, což je pozice, která zpochybňuje naši schopnost rozeznat jejich vzdálenosti.

Nyní Alberto Sanna (Institut Maxe Plancka pro Radio Astronomy, Německo) a jeho kolegové publikovali v říjnu 13. vědu testovací koncept, který používá čistě geometrickou metodu k mapování nejvzdálenějších zásahů Mléčné dráhy.

Mapování Mléčné dráhy

Většina vzdáleností v galaxiích je určována pohybem objektů. Kolem středu galaxie se točí plynové mraky a hvězdy, takže pokud změříme jejich spektra, zachytíme spektrální čáry, které se posunuly modře nebo červeně, podle toho, zda se objekt pohybuje směrem k nám nebo od nás. Ale tato technika má svůj podíl na problémech. Předpokládáme, že kruhové dráhy nejsou platné v blízkosti středu galaxie, kde se oběžné dráhy hvězd mění díky přítomnosti středního pruhu. Dalším problémem je, že vzdálenost od objektu, který krouží kolem galaktického centra uvnitř vlastní oběžné dráhy Slunce, bude nejednoznačná. Měřená rychlost hvězd by mohla odpovídat dvěma možným vzdálenostem, jedna blíž a druhá, která je dále.

Takže když Thomas Dame a Patrick Thaddeus (oba v Harvard-Smithsonianském centru pro astrofyziku) objevili segment spirální paže na druhé straně Mléčné dráhy, nazvaný Outer Scutum-Centaurus Arm, chtěli potvrzení. V roce 2011 Dame a Thaddeus pozorovali radiové vlny, které určovaly emisi 115 gigahertzů z mraků vytvářejících hvězdy asi 68 000 světelných let daleko na druhé straně galaktického centra, ale tyto vzdálenosti přišly měřením rychlosti mraků .

Pozdější pozorování oblastí HII, dutin vytesaných ultrafialovým zářením z novorozených hvězd, také naznačovalo, že se hvězdy vytvářely ve vnějších okrajích Mléčné dráhy. Jejich vzdálenosti souhlasily s prvními měřeními, ale opět byly odvozeny z rychlostí zdroje.

Nyní, jediná nová detekce propůjčuje větší váhu existenci vnější paže než desítky předchozích detekcí. Je to proto, že Sanna a její kolegové místo měření rychlosti určovali vzdálenost zdroje na základě paralaxy, čistě geometrické a extrémně přesné míry vzdálenosti.

Zdrojem je vodní masér, kapsa molekul vody, která absorbovala ultrafialové záření z novorozených hvězd a nyní čerpá mikrovlny na 22, 2 gigahertzů. Mezinárodní tým astronomů použil velmi dlouhou základní linii (VLBA) ke sledování přesné polohy maséra vody na obloze vzhledem ke zdrojům pozadí. To odpovídá sledování polohy prstu drženého před obličejem. Ve vztahu k objektům na pozadí se bude váš prst pohybovat na základě vašeho pozorovacího úhlu (např. Levé oko nebo pravé oko). Čím dále je váš prst, tím méně se bude posouvat, když změníte váš pozorovací úhel. (V případě VLBA se pozorovací úhel během roku mění, jak Země obíhá kolem Slunce.)

Astronomové určili vzdálenost vodních masérů změřením úhlu zjevného posunu objektu, jak je vidět z opačných stran oběžné dráhy Země kolem Slunce. Tato technika je známá jako trigonometrická paralaxa.
(c) Bill Saxton / NRAO / AUI / NSF / Robert Hurt / NASA

Pozorování poskytují úhel paralaxy 0, 049 milisekundy (to je 0, 000049 arcsekund!), Což odpovídá vzdálenosti 66 500 světelných let. To je jedno neuvěřitelně přesné a jednoznačné měření a slouží jako důkaz konceptu. V příštích letech bude VLBA i nadále mapovat paralaxy a pohyby vzdálených zdrojů, jako jsou vodní masaři, na obloze, aby se pokusila zmapovat celou strukturu Mléčné dráhy.

"Během příštích 10 let bychom měli mít docela úplný obraz, " předpovídá spoluautor Mark Reid (Harvard-Smithsonianovo centrum pro astrofyziku).

Překvapení v obchodě?

Tyto budoucí výsledky mohou obsahovat překvapení, jak již naznačily předchozí studie.

Jedna studie, kterou provedl Michael Feast (University of Cape Town, South Africa), použila zcela odlišnou metodu k mapování vzdálené strany Mléčné dráhy: Cepheidské proměnné hvězdy. Henrietta Leavitt objevila v roce 1908, že tyto hvězdy pulzují v poměru k jejich svítivosti, což z nich činí ideální kosmické vládce. (Jsou to mladé hvězdy, takže stejně jako vodní masa a oblasti HII jsou také spojeny s regiony vytvářejícími hvězdy.)

Svátek objevil Cefeidy na druhé straně Mléčné dráhy - ale leží ještě dále od masérky, až do 72 000 světelných let od Země.

Pět Cefeidových proměnných hvězd objevených Michaelem Feastem a jeho kolegy leží nad a pod rovinou naší galaxie, jak je znázorněno na obrázku. Autoři navrhli, že by mohli být součástí Outer Scutum-Centaurus (OSC) ramene, které vzplanul na samém vnějším okraji disku, ale s novými měřeními v ruce se zdá, že hvězdy leží daleko za ramenem OSC. Slunce je žlutý kruh na pravé straně, obklopený lokálními cefeidskými proměnnými známými v té době.
Robin Catchpole (University of Cambridge, Velká Británie)

Dame, objevitel paže Outer Scutum-Centaurus (OSC) a spoluautor na papíře s paralaxou, poznamenává, že když výsledky Cepheidu poprvé vyšly, myslel si, že by mohly znamenat, že jeho počáteční odhad vzdálenosti k rameni OSC byl příliš nízký. Nový výsledek paralaxy je však dokonale v souladu s jeho počátečním odhadem, který mladé hvězdy Cepheid umisťuje daleko za rameno OSC.

"Takže nevím, co říci o svátku Cepheids, " poznamenává Dame. "Možná, že jsou v paži ještě dále než OSC, ale v tuto chvíli není mnoho dalších důkazů o takové paži."

Protože VLBA pokračuje v pečlivém průzkumu spirálové struktury Mléčné dráhy, bude zajímavé zjistit, co ještě najde.

Bez ohledu na to tato nová detekce ukazuje, že tato technika je životaschopná, byť pečlivá a časově náročná. To je možné, jak v příštích 10 letech zmapujeme vzdálenou stranu Mléčné dráhy.