Η κλίση στα αστέρια μας: το σχήμα του Γαλαξία

Κέιμπριτζ, Μασαχουσέτη – Μια νέα μελέτη αποκάλυψε το πραγματικό σχήμα του διάχυτου νέφους των αστεριών που περιβάλλουν τον δίσκο του γαλαξία μας. Για δεκαετίες, οι αστρονόμοι πίστευαν ότι αυτό το σύννεφο αστεριών – που ονομάζεται αστρικό φωτοστέφανο – ήταν σε μεγάλο βαθμό σφαιρικό, σαν μια μπάλα παραλίας. Ένα νέο μοντέλο που βασίζεται σε πρόσφατες παρατηρήσεις δείχνει ότι το αστρικό φωτοστέφανο είναι επιμήκη και γερμένο, σαν μια μπάλα ποδοσφαίρου που μόλις κλωτσήθηκε.

ο τα ευρήματα Δημοσιεύτηκε αυτόν τον μήνα The Astronomical Journal Παρέχετε πληροφορίες για μια σειρά θεματικών τομέων της αστροφυσικής. Τα ευρήματα, για παράδειγμα, ρίχνουν φως στην ιστορία και την εξέλιξη του γαλαξία μας, ενώ παρέχουν επίσης ενδείξεις στη συνεχιζόμενη αναζήτηση για τη μυστηριώδη ουσία που είναι γνωστή ως σκοτεινή ύλη.

«Το σχήμα ενός αστρικού φωτοστέφανου είναι ένας πολύ θεμελιώδης παράγοντας που έχουμε μετρήσει με μεγαλύτερη ακρίβεια από ό,τι ήταν δυνατόν πριν», λέει ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. Jeon “Jessie” HanΔιδάκτωρ σε Κέντρο Αστροφυσικής | Harvard και Smithsonian. “Υπάρχουν πολλές σημαντικές συνέπειες για ένα αστέρι φωτοστέφανο να μην είναι σφαιρικό αλλά να έχει σχήμα σαν μπάλα ποδοσφαίρου, ράγκμπι ή μπαλόνι – επιλέξτε!”

«Για δεκαετίες, η γενική υπόθεση ήταν ότι το αστρικό φωτοστέφανο είναι περισσότερο ή λιγότερο σφαιρικό και ισότροπο ή ότι είναι το ίδιο προς κάθε κατεύθυνση», προσθέτει ένας από τους συγγραφείς της μελέτης. Τσάρλι ΚονρόιHahn, σύμβουλος και καθηγητής Αστρονομίας και Κέντρου Αστροφυσικής στο Χάρβαρντ. «Τώρα γνωρίζουμε ότι η εικόνα του σχολικού βιβλίου του γαλαξία μας που είναι ενσωματωμένη σε έναν σφαιρικό όγκο αστεριών πρέπει να απορριφθεί».

Το αστρικό φωτοστέφανο του Γαλαξία είναι το ορατό μέρος αυτού που ονομάζεται ευρέως γαλαξιακό φωτοστέφανο. Αυτό το γαλαξιακό φωτοστέφανο κυριαρχείται από αόρατη σκοτεινή ύλη, η ύπαρξη της οποίας μπορεί να μετρηθεί μόνο από τη βαρύτητα που ασκεί. Κάθε γαλαξίας έχει το δικό του φωτοστέφανο σκοτεινής ύλης. Αυτά τα φωτοστέφανα λειτουργούν ως ένα είδος σκαλωσιάς πάνω στο οποίο είναι προσαρτημένη η συνηθισμένη ορατή ύλη. Με τη σειρά της, αυτή η ορατή ύλη σχηματίζει αστέρια και άλλες παρατηρήσιμες γαλαξιακές δομές. Για καλύτερη κατανόηση του τρόπου με τον οποίο σχηματίζονται και αλληλεπιδρούν οι γαλαξίες, καθώς και για τη θεμελιώδη φύση της σκοτεινής ύλης, τα αστρικά φωτοστέφανα είναι πολύτιμοι αστροφυσικοί στόχοι.

«Το αστρικό φωτοστέφανο είναι ένας δυναμικός ανιχνευτής γαλαξιακού φωτοστέφανου», λέει ο Χαν. “Για να μάθετε περισσότερα για τα γαλαξιακά φωτοστέφανα γενικά, και ειδικά το φωτοστέφανο του γαλαξία μας και την ιστορία του, το αστρικό φωτοστέφανο είναι ένα εξαιρετικό μέρος για να ξεκινήσετε.”

Ωστόσο, η κατανόηση του πώς μοιάζει το αστρικό φωτοστέφανο του Γαλαξία έχει προκαλέσει από καιρό τους αστροφυσικούς για τον απλό λόγο ότι είμαστε μέρος του εσωτερικού του. Το αστρικό φωτοστέφανο εκτείνεται για εκατοντάδες χιλιάδες έτη φωτός πάνω και κάτω από το έναστρο επίπεδο του γαλαξία μας, όπου βρίσκεται το ηλιακό μας σύστημα.

«Σε αντίθεση με τους εξωτερικούς γαλαξίες, όπου απλώς τους κοιτάμε και μετράμε τα φωτοστέφανά τους», λέει ο Χαν, «μας λείπει το ίδιο είδος εξωτερικής ατμοσφαιρικής προοπτικής του φωτοστέφανου του γαλαξία μας».

Περιπλέκοντας τα πράγματα, το αστρικό φωτοστέφανο έχει αποδειχθεί αρκετά διάχυτο, περιέχοντας μόνο περίπου το ένα τοις εκατό της μάζας όλων των άστρων στον γαλαξία. Με την πάροδο του χρόνου, ωστόσο, οι αστρονόμοι κατάφεραν να εντοπίσουν αρκετές χιλιάδες αστέρια που κατοικούν σε αυτό το φωτοστέφανο, τα οποία μπορούν να διακριθούν από άλλα αστέρια του Γαλαξία από τη διακριτή χημική τους σύνθεση (η οποία μπορεί να μετρηθεί μέσω μελετών για το φως των αστεριών τους), καθώς και από τις αποστάσεις και τις κινήσεις τους.σε όλο τον ουρανό. Μέσω αυτών των μελετών, οι αστρονόμοι συνειδητοποίησαν ότι τα αστέρια φωτοστέφανου δεν είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα. Ο στόχος έκτοτε ήταν να μελετηθούν τα μοτίβα της αυξημένης πυκνότητας των αστεριών – που εκδηλώνονται χωρικά ως σμήνη και ρεύματα – για να ξεχωρίσουμε την τελική προέλευση του αστρικού φωτοστέφανου.

Η νέα μελέτη από ερευνητές και συναδέλφους της CfA χρησιμοποίησε δύο μεγάλα σύνολα δεδομένων που συλλέχθηκαν τα τελευταία χρόνια και τα οποία ανακοίνωσαν την αστρική κορώνα όπως ποτέ πριν.

Η πρώτη ομάδα είναι από τη Γαία, ένα επαναστατικό διαστημικό σκάφος που εκτοξεύτηκε από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος το 2013. Η Γαία συνέχισε να συλλέγει τις πιο ακριβείς μετρήσεις των θέσεων, των κινήσεων και των αποστάσεων εκατομμυρίων άστρων στον Γαλαξία μας, συμπεριλαμβανομένων μερικών κοντινών αστρικών φωτοστέφανων αστέρια.

Το δεύτερο σύνολο δεδομένων προέρχεται από το H3 (Hectochelle in the Halo at High Resolution), μια επίγεια έρευνα που πραγματοποιήθηκε στο mmtπου βρίσκεται στην Παρατηρητήριο Fred Lawrence Whipple στην Αριζόνα, και μια συνεργασία μεταξύ του CfA και του Πανεπιστημίου της Αριζόνα. Το H3 έχει συλλέξει λεπτομερείς παρατηρήσεις δεκάδων χιλιάδων αστρικών αλοάστρων που είναι πολύ μακρινά για να τα εκτιμήσει η Γαία.

Ο συνδυασμός αυτών των δεδομένων σε ένα ευέλικτο μοντέλο που επέτρεπε στο σχήμα του αστρικού φωτοστέφανου να προκύψει από όλες τις παρατηρήσεις έδωσε ένα αναμφισβήτητα μη σφαιρικό φωτοστέφανο — και το σχήμα της μπάλας ποδοσφαίρου συμφωνεί καλά με τα άλλα αποτελέσματα μέχρι στιγμής. Το σχήμα, για παράδειγμα, είναι ανεξάρτητα και απόλυτα συνεπές με την κύρια θεωρία σχετικά με το σχηματισμό του αστρικού φωτοστέφανου του Γαλαξία.

Σύμφωνα με αυτό το πλαίσιο, το αστρικό φωτοστέφανο σχηματίστηκε όταν ένας μοναχικός νάνος γαλαξίας πριν από 7-10 δισεκατομμύρια χρόνια συγκρούστηκε με τον πολύ μεγαλύτερο γαλαξία μας. Ο αναχωρών νάνος γαλαξίας είναι γνωστός ως Gaia-Sausage-Enceladus (GSE), με το “Gaia” να αναφέρεται στο προαναφερθέν διαστημόπλοιο, το “Sausage” για ένα μοτίβο που εμφανίζεται κατά τη σχεδίαση δεδομένων της Γαίας και το “Enceladus” για τον ελληνικό μυθολογικό γίγαντα που ήταν θαμμένος κάτω από το όρος Όπως ακριβώς είναι θαμμένος ο ΓΣΕ στον Γαλαξία. Ως αποτέλεσμα αυτού του γεγονότος γαλαξιακής σύγκρουσης, ο νάνος γαλαξίας διαλύθηκε και τα συστατικά του αστέρια διασκορπίστηκαν σε ένα αραιό φωτοστέφανο. Αυτή η ιστορία προέλευσης εξηγεί την εγγενή μεταβλητότητα των αστρικών άστρων φωτοστέφανου που γεννήθηκαν και ανατράφηκαν στον Γαλαξία μας.

Τα αποτελέσματα της μελέτης καταγράφουν περαιτέρω πώς η GSE και ο Milky Way αλληλεπιδρούσαν όλους αυτούς τους αιώνες πριν. Το σχήμα της μπάλας ποδοσφαίρου – που τεχνικά ονομάζεται τριαξονικό ελλειψοειδές – αντανακλά τις παρατηρήσεις δύο ομάδων αστεριών στο αστρικό φωτοστέφανο. Οι σχηματισμοί φαινομενικά σχηματίστηκαν όταν ο ΓΣΕ πέρασε από δύο τροχιές του Γαλαξία. Κατά τη διάρκεια αυτών των τροχιών, το GSE θα είχε επιβραδυνθεί δύο φορές περισσότερο στους λεγόμενους συγκεντρωτές, ή στα πιο απομακρυσμένα σημεία στην τροχιά του νάνου γαλαξία της μεγαλύτερης βαρυτικής του έλξης, του τεράστιου Γαλαξία. Αυτές οι στάσεις οδήγησαν σε επιπλέον πτώση των αστέρων της ΓΣΕ. Εν τω μεταξύ, η κλίση του αστρικού φωτοστέφανου δείχνει ότι το GSE συνάντησε τον Γαλαξία σε γωνία πρόσπτωσης και όχι ευθεία.

«Η κλίση και η κατανομή των αστεριών στο αστρικό φωτοστέφανο παρέχει συναρπαστική επιβεβαίωση ότι ο γαλαξίας μας συγκρούστηκε με έναν άλλο, μικρότερο γαλαξία πριν από 7-10 δισεκατομμύρια χρόνια», λέει ο Conroy.

Αξίζει να σημειωθεί ότι έχει περάσει τόσος χρόνος από τη συντριβή GSE-Milky Way που αναμενόταν να εγκατασταθούν δυναμικά τα αστρικά φωτοστέφανα στο κλασικό σφαιρικό σχήμα. Το γεγονός ότι είναι απίθανο, λέει η ομάδα, μιλά για το ευρύτερο φωτοστέφανο του γαλαξία. Αυτή η δομή στην οποία κυριαρχεί η σκοτεινή ύλη πιθανότατα εκτρέπεται και, μέσω της βαρύτητάς της, κρατά επίσης το αστρικό φωτοστέφανο μακριά.

“Το αστρικό φωτοστέφανο έχει έντονη κλίση, υποδεικνύοντας ότι το υποκείμενο φωτοστέφανο της σκοτεινής ύλης έχει επίσης κλίση”, λέει ο Conroy. «Η κλίση στο φωτοστέφανο της σκοτεινής ύλης θα μπορούσε να έχει σημαντικές επιπτώσεις στην ικανότητά μας να ανιχνεύουμε σωματίδια σκοτεινής ύλης σε εργαστήρια στη Γη».

Το τελευταίο σημείο του Conroy παραπέμπει σε πολλαπλά πειράματα ανιχνευτή σκοτεινής ύλης σε λειτουργία και τώρα προγραμματισμένα. Αυτοί οι ανιχνευτές θα μπορούσαν να αυξήσουν τις πιθανότητές τους να συλλάβουν μια άπιαστη αλληλεπίδραση με τη σκοτεινή ύλη, εάν οι αστροφυσικοί μπορέσουν να εντοπίσουν πού είναι πιο συγκεντρωμένη η ύλη, σε γαλαξιακούς όρους. Καθώς η Γη κινείται μέσω του Γαλαξία, θα συναντά περιοδικά αυτές τις περιοχές πυκνών, υψηλής ταχύτητας σωματιδίων σκοτεινής ύλης, αυξάνοντας τις πιθανότητες ανίχνευσης.

Η ανακάλυψη της πιο εύλογης σύνθεσης του αστρικού φωτοστέφανου θα ωθούσε πολλές αστροφυσικές έρευνες προς τα εμπρός, ενώ θα συμπλήρωνε βασικές λεπτομέρειες για τη θέση μας στο σύμπαν.

«Αυτές είναι ενδιαφέρουσες διαισθητικές ερωτήσεις που πρέπει να κάνουμε στον γαλαξία μας: «Πώς μοιάζει ο γαλαξίας; και «Πώς μοιάζει ένα αστρικό φωτοστέφανο;» λέει ο Han. «Με αυτήν τη γραμμή έρευνας και μελέτης συγκεκριμένα, επιτέλους απαντάμε σε αυτές τις ερωτήσεις».

###

Σχετικά με το Κέντρο Αστροφυσικής | Harvard και Smithsonian

Κέντρο Αστροφυσικής | Το Harvard & Smithsonian είναι μια συνεργασία μεταξύ του Χάρβαρντ και του Smithsonian που σχεδιάστηκε για να θέσει —και τελικά να απαντήσει— τα μεγαλύτερα άλυτα ερωτήματα της ανθρωπότητας σχετικά με τη φύση του σύμπαντος. Το Κέντρο Αστροφυσικής έχει την έδρα του στο Κέιμπριτζ της Μασαχουσέτης, με ερευνητικές εγκαταστάσεις σε όλες τις Ηνωμένες Πολιτείες και σε όλο τον κόσμο.