Dzięki zespołowi Polaka z coraz większą dokładnością wiemy, jaka odległość dzieli nas od Wielkiego Obłoku Magellana – galaktyki, która jest najbliższą sąsiadką Drogi Mlecznej. Dystans ów to wzorzec kosmicznych odległości służący do kalibracji innych ważnych dla astronomów stałych.

Obłoki Magellana – Wielki i Mały – gołym okiem zobaczyć można nocą na niebie na półkuli południowej. Są na tyle jasne, że – jak głoszą przekazy – Ferdynand Magellan w czasie swojej podróży dookoła świata zwrócił na nie swoją uwagę i zastanawiał się, czy to chmury. Stąd ich nazwa.

Od dawna wiadomo już, że to nie chmury, a skupiska miliardów gwiazd – galaktyki. Wiadomo też, że są to najbliższe sąsiadki naszej galaktyki, Drogi Mlecznej.

Dzięki badaniom, kierowanym przez prof. Grzegorza Pietrzyńskiego z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN w Warszawie, udało się ustalić z największą dotąd dokładnością, jak bardzo Wielki Obłok Magellana jest od nas oddalony. Wyliczenia przeprowadzono z dokładnością, o której naukowcy od dawna marzyli – zakres błędu to zaledwie 1 proc. Publikacja na ten temat ukazała się w tygodniku „Nature”.

To wiadomość o tyle dobra dla naukowców, że od dawna traktują odległość między Drogą Mleczną a Wielkim Obłokiem Magellana jako kosmiczny wzorzec odległości. A jeśli astronomowie wybrali sobie taki wzorzec, to warto dokładnie wyznaczyć jego wartość. „Jeśli nasz wzorzec metra będzie niedokładny, to wszystkie odległości, które w metrach zmierzymy, będą niedokładne” – porównuje badacz.

Prof. Pietrzyński tłumaczy, że kiedy 20 lat temu zaczynał prace nad ustaleniem odległości od Wielkiego Obłoku Magellana, zakres błędu w obliczeniach wynosił aż 10 proc. To tak, jakby szacując wzrost człowieka, ktoś mylił się o kilkanaście centymetrów. Teraz dzięki badaniom prof. Pietrzyńskiego ta niedokładność spadła aż dziesięciokrotnie – do 1 proc. A to dokładność, którą stosujemy w codziennym życiu – wzrost człowieka mierzymy przecież właśnie z dokładnością do 1 cm.

Jeśli dokładnie poznamy odległość między naszą galaktyką, a jej najbliższą sąsiadką, będzie można dokładniej określać odległości do bardziej oddalonych miejsc we Wszechświecie. Na szczycie tej kosmicznej drabiny odległości jest tzw. stała Hubble`a. Ona pozwala ustalić, w jakim tempie rozszerza się Wszechświat.

„Jeśli wzorzec wykalibrujemy z dokładnością do 1 proc., mamy szanse bardzo dokładnie zmierzyć chociażby prędkość ekspansji Wszechświata” – mówi naukowiec.

Z najnowszych obliczeń prof. Pietrzyńskiego wynika, że Wielki Obłok Magellana leży w odległości 49,59 kiloparseków od Ziemi. To ok. 161 tys. lat świetlnych, a więc ok. 1,5 trylionów km stąd (trylion ma 18 zer). Dla porównania sonda Voyager 1, która wyruszyła z Ziemi ponad 40 lat temu, jest od nas w odległości „zaledwie” 21 mld km.

Prof. Pietrzyński wyjaśnia, że na obliczenie odległości do najbliższej galaktyki składa się wiele różnych obserwacji. W ramach prac badawczych trzeba je było dokładnie wykonać, przeanalizować, a potem umiejętnie połączyć w całość.

I tak np. naukowcy z zespołu prof. Pietrzyńskiego analizowali zaćmienia gwiazd podwójnych w Wielkim Obłoku Magellana. Kolejne obliczenia dotyczyły prędkości, z którymi poruszają się obiekty w układach podwójnych. W tym celu obserwowano widma gwiazd. „Widma gwiazd możemy porównać do tęczy, którą widzimy na niebie. Podobnie możemy rozszczepiać w pryzmatach przy teleskopie światło przychodzące z innych gwiazd. Jeśli gwiazdy się poruszają, dzięki efektowi Dopplera zauważamy zmiany w tych widmach. Dzięki temu możemy wyznaczać prędkości gwiazd w różnym momencie” – opowiada rozmówca PAP. Analiza zaćmień wraz z pomierzonymi prędkościami gwiazd pozwala z dużą dokładnością wyznaczyć masy, promienie i inne parametry fizyczne.

Kolejnych informacji dostarcza kolor gwiazd, który ma związek z temperaturą obiektu i z jej średnicą kątową. „Używając nowej kalibracji, wykonaliśmy bardzo precyzyjne pomiary rozmiarów kątowych gwiazd wchodzących w skład naszych układów zaćmieniowych. Z analizy prędkości i zaćmień wyznaczyliśmy rozmiary liniowe, więc można było wyznaczyć odległość” – mówi prof. Pietrzynski.

I tak np. jeśli wiemy, że Słońce ma ok. 31 minut kątowych i 1,4 mln km średnicy, uzyskujemy trójkąt równoramienny, w którym znamy kąt i podstawę. A z tego już prosta droga, by obliczyć wysokość trójkąta, czyli naszą odległość od Słońca.

Obliczenia te jednak dla obiektów bardzo od nas oddalonych nie są już tak dokładne. Naukowcy, aby ograniczyć poziom błędu, musieli połączyć dane z różnych obserwacji i coraz bardziej ograniczali zakres błędu. Aż w końcu osiągnęli poziom, który ich satysfakcjonuje.

Obserwacje wykonano głównie na teleskopach Europejskiego Obserwatorium Południowego w Chile a także w South African Observatory w RPA oraz obserwatorium Las Campanas w Chile. „To były setki nocy obserwacyjnych” – opowiada astronom.

„Nasza metoda pomiaru odległości często nazywana jest polską linijką kosmiczną” – opowiada prof. Pietrzyński. Precyzuje jednak, że w zespole, który od lat pracuje nad ustaleniem tej kosmicznej stałej, było 30 astronomów – nie tylko Polacy.

Autor: Ludwika Tomala – źródło: naukawpolsce.pap.pl