Космос

Чумацький шлях «з висоти пташиного польоту»: як наша галактика «виглядає для інопланетян»

Сонце – одна із понад мільярда зірок Чумацького Шляху. Розташування всередині Галактики дає астрономам унікальну можливість вивчати окремі деталі сусідніх зірок і планетарних систем з високою точністю, але отримати уявлення про те, наскільки Чумацький Шлях схожий на інші галактики Всесвіту, не просто. Дослідження , що його хімічний склад, видимий з далеких світів незвичайний, але не унікальний.

Подання астрономів про різноманітті систем у Всесвіті будуються на численних спостереженнях за галактиками, видимі із Землі. По мірі розвитку і посилення можливостей телескопів кількість об’єктів, доступних для спостереження, безперервно зростає. Деякі з них розташовані близько і видно у всіх подробицях, інші – досі виглядають як яскрава крапка або кілька пікселів на зображенні, як далекі галактики .

Астрономи можуть спостерігати за галактиками з різних сторін (один видно з ребра, інші – під кутом, у третіх площину диска розташована перпендикулярно по відношенню до Землі) і поступово реконструювати їх форми. Друга важлива можливість – спектральний аналіз випромінюваного світла, який дозволяє визначити хімічний склад зірок, міжзоряного газу і пилу, що формують далекі системи.

Але нашу Галактику нанести на карту досить, щоб подивитися на те, як вона виглядає для далеких астрономів потрібно було б піднятися над площиною галактичного диска, в якій розташоване Сонце на відстань у кілька десятків тисяч світлових років. Щоб побудувати карту Чумацького Шляху астрономам доводиться «боротися» з величезним обсягом газу і пилу, які блокують і розсіюють світло від різних об’єктів.

В результаті всі існуючі карти, виявляються розпливчатими і містять численні припущення. Міжнародна група астрономів під керівництвом дослідників з німецького Інституту астрономії Товариства Макса Планка вивчила і нанесла на карту поширення (так в астрономії називають всі елементи важче водню і гелію), щоб зрозуміти, яким Чумацький Шлях виглядає для астрономів, розташованих далеко за межами нашої Галактики.

Хімічний склад зірок і міжзоряного газу

Водень і гелій, два перших елемента у Всесвіті, всього через кілька хвилин після Великого вибуху. Всі інші елементи сформувалися значно пізніше в результаті ядерних реакцій усередині зірок і процесів, пов’язаних з еволюцією зірок.

Найбільш поширені такі елементи, як вуглець і азот, утворюються в ядрах більшості зірок шляхом злиття більш легких елементів, таких як водень і гелій. Більш важкі елементи, такі як залізо, утворюються тільки в масивних зірках, які закінчують своє життя вибухами наднових. Екстремальні умови вибухів призводять до формування третє елементів, які виникали всередині зірок тільки в невеликих, слідових кількостях.

Розподіл важких елементів усередині галактики містить важливу інформацію про історію її еволюції та події далекого минулого. Крім того, загальна тенденція – концентрація металів в міжзоряному середовищі збільшується з плином часу. Зірки, які народилися раніше, містять менше металів, зірки, що народилися пізніше, – більше. Аналіз хімічного складу зірок у різних областях дозволяє визначити, які з них сформувалися раніше, а які – пізніше.

Походження хімічних елементів у Всесвіті. : Ashley Balzer (ADNET), Scott Wiessinger (KBRwyle), NASA

Як дослідники картографировали Чумацький Шлях?

За останні десятиліття дослідники склали кілька великомасштабних оглядів зірок, які аналізують окремі особливості зірок Чумацького Шляху. У своїй роботі астрономи дані огляду – великомасштабного дослідження, в результаті якого на основі спектру випромінювання були отримані дані про хімічний склад та рух понад 100 тис. зірок Галактики. Ці дані були поєднані з результатами огляду космічного супутника , який відстежує місце розташування і яскравість понад 1,5 млрд зірок Чумацького Шляху і множини інших об’єктів.

З Землі і навіть з орбітальних телескопів астрономи бачать «нечіткий» вид Чумацького Шляху: в деяких напрямках велика кількість пилу послаблює світло зірок і приховує деякі з них. Дослідники використовували моделювання, щоб врахувати властивості пилу, прибрати спотворення і отримати реальний розподіл зірок в нашій галактиці.

Щоб об’єднати розрізнені дані, дослідники використовували комп’ютерну симуляцію , яка дозволяє моделювати й відслідковувати формування та еволюцію Галактик на основі відомих даних. Результати моделювання астрономи порівняли з схожими на Чумацький Шлях галактиками з огляду .

Що показали результати дослідження?

Художня ілюстрація можливого вигляду Чумацького Шляху. : Stefan Payne-Wardenaar, MPIA

Результати дослідження нерівномірна зміна металличности усередині Чумацького Шляху. По мірі віддалення від центру – надмасивної чорної діри Стрілець A* – концентрація елементів важче заліза поступово зростає. На відстані близько 23 тис. світлових років воно стає приблизно таким, яке характерно для Сонця (розташованого в 26 тис. світлових років від центру Галактики).

Дивно, але далі, у міру збільшення відстані кількість важких елементів починає падати, скорочуючись приблизно в три рази в порівнянні з хімічним складом Сонця на відстані близько 50 тис. світлових років.

Порівняно з оглядами інших галактик або моделюванням, розподіл металличности, що нагадує пончик – досить рідкісне. Тільки 1% досліджених галактик, що нагадують за віком і структурі Чумацький Шлях, демонструють аналогічне розподіл. Результати комп’ютерного моделювання він вище – 11%. Різниця пов’язана з обмеженими можливостями реальних спостережень і обмеженнями при моделюванні Всесвіту.

У астрономів немає готової відповіді, з чим може бути пов’язане таке незвичайне розподіл хімічних елементів усередині Чумацького Шляху. Одна з гіпотез полягає в тому, що низька металлічность в центрі Галактики пов’язана з активністю Стрільця A*, який «відштовхнув» вглиб галактики велика кількість газу, багатого важкими елементами. Окраинная аномалія в свою чергу може бути наслідком зіткнення у минулому Чумацького Шляху з карликовою галактикою.

Чи справедливі ці гіпотези, покажуть майбутні спостереження, спрямовані на вивчення зірок Чумацького Шляху і рідкісних галактик з аналогічним розподілом хімічних елементів.

Читати далі:

На обкладинці: Чумацький Шлях в нічному небі. на Freepik