Obraz galaktyki z zakrzywionym dyskiem. Kropki odpowiadają położeniom cefeid w Drodze Mlecznej Źródło: J. Skowron / OGLE / Obserwatorium Astronomiczne UW

Zespół polskich astronomów z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego opracował trójwymiarową mapę Drogi Mlecznej. Ta unikatowa mapa dostarcza wielu nowych informacji na temat struktury i historii Galaktyki.

Innowacyjna metoda badań

Astronomowie prowadzący badania w ramach projektu The Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE) na podstawie danych obserwacyjnych ponad 2400 cefeid stworzyli oryginalną mapę 3D Drogi Mlecznej. Do tej pory jej budowa była badana na podstawie zliczeń gwiazd, rozmieszczenia cząstek gazu czy budowy innych galaktyk, które można obserwować z Ziemi.

Projekt OGLE to jeden z największych na świecie przeglądów fotometrycznych nieba, obserwuje regularnie ponad dwa miliardy gwiazd

– wyjaśnia kierownik projektu OGLE, prof. Andrzej Udalski.

Obserwacje astronomów z UW są prowadzone w Obserwatorium Las Campanas w Chile. Zespół OGLE postanowił zastosować bardziej bezpośrednią metodę badań, niezależną od przyjętych modeli. W tym przypadku astronomowie postawili na analizę danych dotyczących cefeid. Wyniki badań przedstawili w czasopiśmie „Science”.

Cefeidy jako wskazówki

Cefeidy klasyczne to relatywnie młode gwiazdy (młodsze niż 250 mln lat). Zostały wytypowane na idealne obiekty do mapowania Drogi Mlecznej, ponieważ ich jasność zmienia się w bardzo regularny sposób z okresem od kilkunastu godzin do kilkudziesięciu dni, dzięki czemu stosunkowo łatwo jest określić ich rozmieszczenie w Galaktyce bezpośrednio w trzech wymiarach. Aby tego dokonać, zespół astronomów OGLE wyznaczył dokładnie odległość gwiazd na podstawie porównania okresu pulsacji i obserwowanej jasności gwiazd. Wyznaczanie precyzyjnych odległości do dużej grupy gwiazd o podobnych właściwościach to jest najdokładniejszą metodą poznania struktury Galaktyki.

Teleskop Warszawski i cefeidy w Drodze Mlecznej odkryte przez przegląd nieba OGLE. Źródło: K. Ulaczyk / J. Skowron / OGLE / Obserwatorium Astronomiczne UW

Mapa skonstruowana na podstawie cefeid jest pierwszą trójwymiarową mapą stworzoną za pomocą metody wyznaczania bezpośrednich odległości do poszczególnych obiektów. Cefeidy wypełniają dysk galaktyczny aż po same krańce, co umożliwia dokładną analizę jego budowy.

Gdzie my jesteśmy?

Naukowcy ustalili przede wszystkim, że dysk jest płaski do odległości 25 tysięcy lat świetlnych od centrum Galaktyki, natomiast dalej ulega zakrzywieniu (tzw. disk warp). Grubość dysku wynosi około 500 lat świetlnych w odległości, w której znajduje się Słońce i zwiększa się na samych krańcach osiągając grubość nawet 3000 lat świetlnych. Zespół potwierdził również, że Słońce znajduje się 50 lat świetlnych powyżej płaszczyzny dysku.

Co raz bliżej ciemnej materii

Prezentacja Drogi Mlecznej w trójwymiarowej perspektywie rzuciła nowe światło na istnienie tzw. ciemnej materii. Naukowcy od dawna podejrzewali, że dysk jest zakrzywiony, a jako jedną z potencjalnych przyczyn wymieniali właśnie ciemną materię. Wyznaczone odległości do tak licznej próbki cefeid połączone z pomiarami ich prędkości z satelity Gaia umożliwiły także skonstruowanie dokładnej krzywej rotacji Galaktyki. Uzyskana krzywa ma szerszy zakres niż dotychczasowe wyznaczenia i potwierdza stałą prędkość orbitalną gwiazd aż do granic dysku, co jest kolejnym argumentem za istnieniem ciemnej materii.

Mapa pokazała również, że młodsze cefeidy znajdują się bliżej centrum Drogi Mlecznej, a najstarsze na jej końcach. Przeprowadzono symulacje formowania się gwiazd w różnych momentach przeszłości i porównano je z obecnymi obserwacjami. „Symulowane i obserwowane struktury w Galaktyce są uderzająco podobne. Możemy więc stwierdzić, że nasz model historii dysku galaktycznego jest możliwy i jest w stanie objaśnić dzisiejsze struktury, jakie w nim widzimy” – podsumowuje dr Jan Skowron, współautor publikacji w tygodniku „Science”. Precyzyjna, trójwymiarowa mapa Drogi Mlecznej z pewnością stanie się podstawą do dalszych badań dla wielu astronomów.