Крупный международный проект в области астрономии меняет представления об устройстве нашей Галактики.
В начале XIX века Уильям Парсонс построил гигантский по тем временам телескоп (диаметр зеркала 183 сантиметра). С его помощью он наблюдал и зарисовывал звездное скопление с двумя спиральными рукавами, которое сейчас мы называем галактикой Водоворот (М51). Считается, что это первая спиральная галактика, обнаруженная астрономами. Но это сейчас считается, тогда вообще не было ясности, что это такое – часть нашей Галактики или самостоятельный объект. Споры на эту тему продолжались почти сто лет, пока другой известный астроном, Эдвин Хаббл не поставил в них точку, доказав, что Водоворот находится далеко за пределами Млечного пути. Так была окончательно отвергнута мысль, что Млечный Путь и есть вся Вселенная.
Далее астрономы выяснили, что мы живем в галактике схожего типа – спиральной (это вообще один из двух основных типов галактик, второй – эллиптические). При этом даже галактики одного типа, такие как Водоворот и наша, могут иметь заметные различия в своей структуре. Долгое время считалось, что гораздо более близким аналогом Млечного пути служит вот эта галактика.
Эта соседняя галактика NGC 1300 – звездная спираль с баром диаметром более 100 тыс. световых лет.
Правда, с количеством рукавов у нашей галактики возникли вопросы. Если исходить из снимков, сделанных десять лет назад космическим телескопом «Спитцер», то получается, что их два. А наблюдения в радиодиапазоне атомарного водорода и монооксида углерода, которые концентрируются в спиральных рукавах других галактик, показывают, что рукавов четыре.
В последнее время международной командой астрономов была предпринята попытка составить карту Млечного Пути изнутри, которая впервые позволит построить точную модель ее структуры. Это стало возможным в результате параллельного выполнения нескольких крупных научных программ с использованием самых современных радио- и оптических телескопов, а также данных, накопленных в ходе более ранних наблюдений.
Две главных проблемы, с которыми астрономы столкнулись в ходе этой работы – расстояния и пыль. С одной стороны, Млечный путь очень велик, свет от звезд с другого его конца летит к нам 50 тысяч лет. И на таких расстояниях очень трудно часто даже понять, какая из двух звезд, расположенных на нашем небе рядом, находится к нам ближе, а какая дальше (что необходимо знать для построения точной трехмерной модели). И, как будто этого было мало, межзвездное пространство заполнено большим количеством пыли, которая заслоняет от наблюдателя с Земли многие далекие объекты (в оптическом диапазоне).
Решать эти проблемы пытаются с помощью радиотелескопов — радиоволны легко проходят сквозь пыль и дают возможность исследовать весь диск галактики и составить карту его структуры.
Сейчас параллельно работают две таких программы. Первая – VERA («Радиоастрометрические исследования с помощью радиоинтерферометров со сверхдлинной базой») задействовала четыре радиотелескопа на территории Японии. Вторая – BeSSeL (The Bar And Spiral Structure Legacy) Survey («Обзор структуры перемычки и спиралей») использует используется «Антенную решетку» со сверхдлинной базой, которая состоит из десяти телескопов и охватывает значительную часть Западного полушария – от Гавайских островов и Новой Англии до Санта-Круса на Виргинских островах США. Поскольку телескопы удалены друг от друга на расстояние, почти равное диаметру Земли, с помощью этих решеток можно получить намного большее угловое разрешение, чем у любого другого телескопа, работающего на любой из длин волн.
Оптимальным кандидатом для наблюдений с целью картографирования были бы молодые массивные звезды. Они ионизируют окружающий их газ, заставляя его сиять голубым цветом и тем самым становятся «маяками», позволяющими отследить спиральный рукав. По причинам, указанным выше, наблюдать за этими объектами по всей территории Млечного пути очень непросто. Зато можно фиксировать радиоизлучение молекул воды и метилового спирта, расположенных в непосредственной близости от таких областей ионизированного газа. Что астрономы и делают. В итоге, им удалось измерить методом параллакса расстояние до 200 молодых горячих звезд в разных частях нашей галактики. Полученные данные охватили примерно треть Млечного Пути и позволили выделить четыре рукава в структуре галактики.
Эта же карта также показывает, что Солнце расположено очень близко к пятому объекту, называемому Местным рукавом, который, по-видимому, представляет собой изолированный фрагмент спирального рукава (а не просто мелкую структуру в составе одного из рукавов, как считалось ранее).
Основываясь на полученной модели, ее авторы оценили расстояние от Солнца до центра Галактики в 8150 ± 150 парсеков (или 26,6 тыс. световых лет). Это меньше значения 8,5 тыс. парсек, рекомендованного Международным астрономическим союзом в 2010 году. Также по их расчетам получилось, что Млечный Путь вращается со скоростью 236 км/с, а Солнце обращается вокруг центра Млечного Пути каждые 212 млн лет.
Также эта модель позволила более точно определить местоположение Солнечной системы в галактике. То, что эта часть плоская и довольно тонкая, было известно достаточно давно. Но вот вопрос о расположении Солнца относительно этой плоскости остается спорным. Прежний консенсус гласил, что оно находится на расстоянии в 82 световых года от центра этой плоскости, новая модель уменьшает это расстояние в четыре раза. Теперь получается, что Солнце лежит почти строго в центральной плоскости диска Галактики, но далеко от его центра, на удалении в две трети его радиуса.
Несмотря на весь объем полученных данных, авторы исследования признают, что вопросов осталось куда больше, чем ответов. Например, как вообще возникают спиральные рукава. Или каков точный возраст Млечного пути и можно ли вообще установить его (согласно современной космологии, процесс формирования галактик был постепенным и растянулся на миллиарды лет, протогалактики сливались и разделялись вновь, так что непонятно, что брать за точку отсчета).
Что же касается дальнейшего уточнения трехмерной карты Млечного пути, то возможность для следующего шага откроется вместе с реализацией двух новых проектов «мега-сайнз» — систем радиотелескопов «Решетка в квадратный километр» в Африке и «Сверхбольшая антенная решетка следующего поколения» в Северной Америке.
По материалам Scientific American
