На что похож Млечный Путь?
AstroNews.ru - 11 Мая 2023 20:05:19
Начиная с 1610 года, когда знаменитый эрудит эпохи Возрождения Галилео Галилей наблюдал за ночным небом с помощью телескопа собственного изготовления, астрономы постепенно поняли, что наша Солнечная система является частью огромного скопления звезд, известного сегодня как Галактика Млечный Путь. К 20 веку астрономы имели хорошее представление о ее размерах и структуре, которая состояла из центральной "выпуклости", окруженной вытянутым диском со спиральными рукавами. Несмотря на все, что мы узнали, определение истинной морфологии Млечного Пути остается сложной задачей для астрономов.
Поскольку мы, наблюдатели, заключены в диск Млечного Пути, мы не можем видеть через центр и наблюдать, что находится с другой стороны. Однако, используя различные методы, астрономы все ближе подходят к воссозданию вида галактики "с высоты птичьего полета". Например, группа исследователей из Китайской академии наук (CAS) использовала точное расположение очень молодых объектов в нашей галактике (впервые) для измерения морфологии Млечного Пути. Это позволило выявить многорукавную морфологию, состоящую из двух симметричных рукавов во внутренней области и множества неправильных рукавов во внешней области.
Группу возглавлял Сюй Е, радиоастроном из обсерватории Пурпурной горы в Нанкине и Школы астрономии и космических наук (SASS) при Университете науки и техники Китая (UCAS). К нему присоединились несколько астрономов и астрофизиков из обсерватории Пурпурной горы, SASS/UCAS и Национальной астрономической обсерватории Китая в Пекине. Статья с описанием их результатов под названием "Как выглядит Млечный Путь?" недавно появилась в журнале The Astrophysical Journal.
То, что мы знаем о структуре Млечного Пути, во многом стало возможным благодаря новаторской работе Уильяма В. Моргана, который сыграл важную роль в классификации звезд и галактик. В 1950-х годах он и его коллеги использовали спектроскопические измерения параллакса звезд большой массы для составления карты Млечного Пути и обнаружили три коротких сегмента спирального рукава. Вскоре после этого на основе расстояний до облаков нейтрального водорода (HI) (полученных кинематическими методами) была составлена карта крупномасштабной структуры, которая показала, что эти спиральные рукава простираются почти по всему галактическому диску.
Однако было установлено, что расстояния до облаков нейтрального водорода имеют большие погрешности из-за некруговых (своеобразных) движений, что сделало результаты этих ранних исследований ненадежными. Фотометрические методы гораздо более точны, чем кинематические. Однако их можно использовать только для определения объектов на расстояниях до 2 килопарсек (~6500 световых лет) - примерно 6,5% от диаметра Млечного Пути. По этой причине кинематические методы по-прежнему широко используются для изучения всего Млечного Пути. Это привело к созданию современных карт, включающих четыре основных рукава: рукава Стрельца, Ориона, Персея и Рукав Ориона (от ближайшего до наиболее удаленного от галактического центра).
Несмотря на усовершенствование кинематических и оптических методов, определение структуры Млечного Пути остается серьезной проблемой для астрономов. В связи с этим продолжаются споры по таким основным вопросам, как количество рукавов, существование некоторых спиральных рукавов и общий размер Млечного Пути (оценки имеют погрешность ±3590 световых лет). Как сказал Йе в интервью, лучший способ разрешить эти дебаты - использовать молодые звезды в качестве "спиральных трассеров", что позволит получить точные измерения расстояния:
"Прямое картирование спиральной структуры Млечного Пути оказалось непростым делом. Регионы звездообразования и молодые звезды могут проследить спиральные рукава галактик. Зная расстояния до областей звездообразования или молодых звезд, можно определить их местоположение в трех измерениях и построить "вид в плане" - вид сверху диска - Млечного Пути. Астрономы могут понять Млечный Путь, только если они знают расстояния до молодых объектов, поэтому методы измерения расстояний очень важны".
Для галактик, подобных Млечному Пути, спиральные рукава состоят из двух основных компонентов: спирального узора, на который указывает распределение более старого звездного населения, и областей диффузного или плотного межзвездного газа и молодых объектов. К ним относятся области звездообразования высокой массы (HMSFRs), массивные O-B звезды, области межзвездного водородного газа (Hii), молодые открытые скопления (YOCs) и другие. С начала века астрономы добились значительного прогресса в измерении структуры Млечного Пути с помощью молодых объектов.
Во многом это связано с появлением интерферометрии с очень длинной базовой линией (VLBI), которая позволила точно измерить расстояние (с помощью тригонометрического параллакса) до звездообразующих регионов во всей Галактике. Обсерватория Gaia ЕКА также предоставила точные данные о правильном движении и расстоянии многих молодых звезд, что помогло астрономам определить спиральную структуру галактики в окрестностях Солнечной системы. Сочетание более точных измерений расстояния и скорости привело ученого и его коллег к некоторым интересным выводам. Как он объяснил:
"Традиционно можно построить простую модель скорости вращения звезд и звездообразующего газа как функцию расстояния от центра Млечного Пути. Затем, измерив компонент скорости вращения звезды или газа в пределах прямой видимости, можно определить расстояние до нее, сопоставив результаты наблюдений с предсказаниями модели (то есть кинематическое расстояние)".
"Используя точные данные о местоположении очень молодых объектов, предоставленные проектами BeSSeL и VERA (VLBI) и спутником Gaia компании ESO, мы впервые обнаружили, что наша галактика имеет многорукавную морфологию, которая состоит из двухрукавной симметрии во внутренних частях и распространяется на внешние части, где есть несколько длинных и нерегулярных рукавов".
Согласно результатам, полученным командой, структура Млечного Пути состоит из рукавов Персея и Нормы во внутренней области и рукавов Центавра, Стрельца, Карины, Внешнего и Местного рукавов во внешней области. Эти выводы подтверждаются наблюдениями за внешними спиральными галактиками, которые по своей морфологии делятся на три различные категории. К ним относятся галактики большого дизайна, многорукие и флоккулентные галактики, которые различаются по выраженности или тонкости структуры их спиральных рукавов.
В то время как галактики, такие как M81, имеют четко выраженные спиральные рукава, многорукие и флоккулентные галактики, такие как NGC 4237, более пестрые и имеют прерывистые спиральные рукава, что придает им более "пушистый" вид. Кроме того, почти не было найдено внешних галактик, у которых наблюдались бы четыре спиральных рукава, простирающихся от центров к их внешним областям. Как резюмировал ученый:
"В нашей работе, основываясь на высокоточных данных о различных молодых объектах, мы обнаружили, что Млечный Путь является многорукавной галактикой. В этом заключается ключевое отличие нашей карты от существующих карт, что дает возможную альтернативу для будущих исследований структуры Галактики. Кроме того, 83% многоруких внешних галактик четко представляют два внутренних рукава. Поэтому в данном случае морфология нашей Галактики схожа с морфологией большинства многоруких галактик во Вселенной. Короче говоря, наши результаты указывают на то, что спиральная структура Млечного Пути может быть не столь уникальной, как считалось ранее.
Эти выводы могут иметь серьезные последствия для нашего понимания Млечного Пути. Утешает и то, что с точки зрения морфологии результаты работы команды показывают, что наша галактика - не выброс, а пример статистически значимого астрономического объекта.