Историята на насилието в звездите на Млечния път

Звездите на нашата галактика пазят записи от нейното минало. Прочитайки тези истории, астрономите ще научат повече за това как се е появил Млечният път и галактиката, в която живеем днес.

Нови наблюдения принуждават астрономите да погледнат по нов начин на създаването на нашата галактика и да преразгледат схемата на съвременния Млечен път.

Късно следобед на 5-ти октомври 1923 г. Едуин Хъбъл седи пред окуляра на телескопа „Хукър“ в обсерваторията „Маунт Уилсън“, разположена на върха на планина с изглед към долината на Лос Анджелис. Той наблюдава обект в северното небе. С невъоръжено око той се виждал като слабо петно. Но в телескопа се превръща в ярка елипса, наречена мъглявината Андромеда. За да разреши спора за размера на Млечния път, който тогава се е считал за цялата Вселена, Хъбъл е трябвало да определи на какво разстояние от нас се намира Андромеда.

В зрителното поле на телескопа Андромеда е изглеждала като гигант. Хъбъл търпеливо направил няколко експозиции на множество стъклени фотографски плаки и рано сутринта на 6-ти октомври направил 45-минутна експозиция на малка стъклена плака и драснал „N“ там, където видял три нови звезди, или просто нови. Но когато сравнил това изображение със снимките, направени от други астрономи, той разбрал, че една от новите звезди всъщност е променлива звезда – цефеида. Този тип звезди могат да се използват за измерване на астрономическите разстояния.

Той зачеркнал една буква „N“ и написал „VAR!“.

Като използвал тази пулсираща звезда, Хъбъл изчислил, че Андромеда се намира на 1 милион светлинни години от Земята – разстояние, което е много по-голямо от диаметъра на Млечния път (той леко сгрешил: Андромеда се намира на около 2,5 милиона светлинни години). И той осъзнал, че Андромеда не е просто мъглявина, а цяла „островна вселена“ – галактика, различна от нашата.

След като космосът бе разделен на нашата родна галактика и на по-голямата Вселена, можехме да започнем сериозно да изследваме нашия ограничен дом – и как той съществува в тази Вселена. И сега, един век по-късно, астрономите продължават да правят неочаквани открития за единствения космически остров, на който живеем. Те може би ще успеят да изяснят някои от особеностите на Млечния път, като преосмислят начина, по който той се е формирал и разраствал в ранната Вселена, като изследват внимателно неправилната му форма и способността му да образува планети. Най-новите резултати, получени през последните четири години, очертават картината на нашия дом като уникално място в уникално време.

Изглежда, че сме имали късмета да живеем близо до особено тиха звезда в тихия край на галактика на средна възраст със странно наклонена и разхлабена спирала, която е била сама през по-голямата част от съществуването си.

Нашата островна вселена

От повърхността на Земята – ако се намирате на много тъмно място – можете да видите само една ярка ивица от галактическия диск на Млечния път, при това отстрани. Но галактиката, в която живеем, е много по-сложна.

В центъра ѝ се върти свръхмасивна черна дупка, заобиколена от звездна плетеница, съдържаща най-старите звездни обитатели на Галактиката. Следва „тънкият диск“ – структурата, която виждаме и в която повечето звезди от Млечния път, включително Слънцето, са разделени на гигантски спирални ръкави. Тънкият диск е заобиколен от по-широк „дебел диск“, който съдържа по-стари звезди, които са разположени по-равномерно. И накрая, около тези структури има сферично хало, съставено предимно от тъмна материя, но съдържащо също звезди и дифузен горещ газ.

За да картографират тези структури, астрономите изследват отделните звезди. Съставът на всяка звезда определя нейното място на раждане, възраст и първоначални съставки, така че изследването на звездната светлина позволява да се направи галактическа картография, както и генеалогия. Определяйки положението на звездите във времето и мястото, астрономите могат да проследят историята и да направят изводи за това как Млечният път постепенно се е появил в продължение на милиарди години.

Първите сериозни опити за изучаване формирането на първичния Млечен път са направени през 60-те години на ХХ век, когато Олин Егън, Доналд Линден-Бел и Алън Сандейдж, бивш аспирант на Едуин Хъбъл, твърдят, че Галактиката е колапсирал въртящ се газов облак. Дълго време след това астрономите смятаха, че първата структура, която се появява в нашата Галактика, е ореол, последван от ярък плътен диск от звезди. С появата на по-мощни телескопи астрономите създават все по-точни карти и започват да прецизират идеите си за това как се е формирала Галактиката.

Всичко това се промени през 2016 г., когато на Земята пристигнаха първите данни от спътника Gaia на Европейската космическа агенция. Gaia измерва с голяма точност траекториите на милионите звезди в Галактиката, което позволява на астрономите да научат къде се намират тези звезди, как се движат в пространството и с каква скорост. С помощта на „Гая“ астрономите успяха да си съставят по-ясна картина на Млечния път, която разкри много изненади.

Изпъкналата част няма сферична форма, а по-скоро прилича на фъстък, и е част от по-голяма ивица, преминаваща през средата на нашата галактика. Самата галактика е извита, като ръба на стара каубойска шапка. Дебелият диск също е назъбен, като към краищата става все по-дебел – възможно е да се е образувал преди ореола. Въпреки това астрономите дори не са сигурни колко спирални ръкава всъщност има нашата галактика.

Картата на нашата островна вселена не е толкова чиста и спокойна, колкото изглеждаше някога.

„Ако погледнете традиционната картина на Млечния път, виждате сферичен ореол и диск с правилна форма и всичко е някак си уредено и неподвижно. Но сега знаем, че галактиката е в състояние на дисбаланс“, казва Чарли Конрой, астроном от Центъра по астрофизика „Харвард-Смитсониън“. „През последните няколко години тази картина на простота и подреденост беше напълно отхвърлена“.

Новата карта на Млечния път

Три години след като Едуин Хъбъл разбира, че Андромеда е отделна галактика, той и други астрономи се заемат да изследват и класифицират стотици островни вселени. Изглежда, че тези галактики имат няколко преобладаващи форми и размери, затова Хъбъл разработва основна класификационна схема, известна като диаграма на камертона: тя разделя галактиките на две категории – елиптични и спирални.

Астрономите все още използват тази схема за класифициране на галактиките, включително и на нашата. На този етап Млечният път се счита за спирална галактика с ръкави, които са основната среда за размножаване на звездите (и следователно на планетите). В продължение на половин век астрономите смятаха, че има четири основни ръкава – Стрелец, Орион, Персей и Лебед (ние живеем в по-малък клон, невзрачно наречен Местен ръкав). Но новите измервания на звездите свръхгиганти и други обекти рисуват различна картина и астрономите вече не могат да постигнат съгласие относно броя на ръкавите, техния размер и дори дали нашата Галактика може да се смята за необичайна в сравнение с другите космически острови.

„Поразително е, че почти никоя външна галактика няма четири спирални ръкава, простиращи се от центъра й към външните райони“, казва в имейл Сю Йе, астроном от китайската обсерватория Purple Mountain.

За да проследят спиралните ръкави на Млечния път, Йе и колегите му използват Gaia и наземни радиотелескопи, за да търсят млади звезди. Те установиха, че подобно на другите спирални галактики Млечният път има само два основни ръкава – Персей и Норма. Няколко дълги ръкава с неправилна форма също се извиват около неговото ядро: Кентавър, Стрелец, Карина, Външен и Местен ръкав. Оказва се, че поне по форма Млечният път може повече да прилича на далечни космически острови, отколкото астрономите са предполагали.

„Изучаването на спираловидната форма на Млечния път може да разкрие дали той е уникален сред милиардите галактики в наблюдаваната Вселена“, пише Йе.

Космическите брегове

Изследването от Хъбъл на Андромеда и нейната променлива звезда е предизвикано от ожесточеното му съперничество с друг известен астроном от Маунт Уилсън – Харлоу Шапли. Харвардската астрономка Хенриета Суон Люит е пионер в използването на променливите звезди Цефеиди за измерване на разстоянията и по нейния метод Шапли изчислява, че Млечният път е с диаметър 300 000 светлинни години – изумително твърдение през 1919 г., когато повечето астрономи смятат, че Слънцето е в центъра на галактиката, а цялата галактика е с диаметър 3 000 светлинни години. Затова Шапли настоява, че другите „спирални мъглявини“ трябва да са газови облаци, а не отделни галактики, тъй като размерът им би означавал, че са невъобразимо отдалечени.

Хъбъл на свой ред записва резултатите от измерванията на променливите звезди и убеждава всички, че Андромеда наистина е отделна галактика.

„Това е писмото, което разруши моята вселена“, казва Шапли, след като прочита данните на Хъбъл.

По отношение на астрономическите разстояния обаче Шапли може би не е грешал чак толкова. През изминалия век астрономите са изчислили, че изпъкналата част на Млечния път е с диаметър около 12 000 светлинни години, дискът е с диаметър 120 000 светлинни години, а ореолът от тъмна материя и древни звездни купове се простира на стотици хиляди светлинни години във всички посоки.

Едно скорошно наблюдение показа, че някои звезди в халото са разпръснати на разстояние до 1 милион светлинни години – на половината път до Андромеда – което подсказва, че халото, а следователно и галактиката, не са независим остров от Вселената.

Астрономи, ръководени от Джеси Хан, дипломант в Центъра по астрофизика „Харвард-Смитсониън“, наскоро установиха, че звездният ореол не е сферичен, както се смяташе досега, а има формата на американска футболна топка. В статия, публикувана на 14-ти септември, Хан и екипът му показват също, че ореолът от тъмна материя може да бъде наклонен с около 25 градуса, което прави цялата галактика да изглежда извита.

Макар това да изглежда доста странно, самият наклон може да е показателен за бурното минало на Млечния път.

Край на първа част. Във втората част ще се спрем на насилствените промени в нашата галактика, На влиянието на Магелановите облаци, върху зараждането на новите острови от звезди по-подробно върху Андромеда.