Galaktyka, w której mieszkamy, jest w ogólności bardzo stara. Powstała wedle szacunków 13,6 miliarda lat temu, niedługo po Wielkim Wybuchu. Jednak część jej struktury jaką stanowi cienki dysk uznawano dotychczas za znacznie młodszą.
Sto lat temu Edwin Hubble zmienił nasze pojmowanie Wszechświata, a w zasadzie rozszerzył go w swojego rodzaju nieskończoność. Bo choć debata na temat kształtu struktury komosu, jego rzeczywistych rozmiarów, wciąż trwa, to na początku XX w. ograniczał się on do Drogi Mlecznej i trudnych do zidentyfikowania mgławic wypełniających przestrzeń kosmiczną. To dzięki Hubble’owi (człowiekowi, a nie teleskopowi nazwanemu na jego cześć) zrozumieliśmy, że Wszechświat jest pełen galaktyk takich jak nasza, a czasem kompletnie odmiennych. Dziś nasza wiedza na temat kosmosu i Drogi Mlecznej jest dużo bogatsza, a mimo to wciąż zaskakują nas nowe odkrycia. Dokonane za pomocą teleskopu Webb, ale też innych kosmicznych urządzeń, w tym europejskiego teleskopu kosmicznego Gaia.
Jak zbudowana jest Droga Mleczna
Galaktyka w której mieszkamy to galaktyka spiralna z charakterystyczną poprzeczką w centralnej części. Choć określenie spiralna i często przywoływany kształt Drogi Mlecznej sugeruje, że jest ona płaskim dyskiem, to nie do końca prawda. Większość gwiazd i materii faktycznie skupia się w dysku, który w centralnej części jest wybrzuszony tworząc sferyczne skupisko gwiazd zwane zgrubieniem centralnym. W centrum tego zgrubienia znajduje się supermasywna czarna dziura, czyli obiekt Sgr A*. Materia tworząca to zgrubienie jest rozciągnięta w jednym kierunku, tak że powstaje wspomniana poprzeczka.
Budowa Drogi Mlecznej z zaznaczoną pozycją Słońca. (fot: ESA)
Dookoła zgrubienia centralnego mamy dysk, w którym można wyróżnić ramiona. Dysk ma dwa składniki. To dysk cienki o grubości około 1000 lat świetlnych, który zawiera znakomitą większość materii tworzącej dysk. To w dysku cienkim zachodzą procesy gwiazdotwórcze w Drodze Mlecznej, tu znajdziemy młode gwiazdy. Dysk cienki otacza dysk gruby, który ma kilka do kilkanastu tysięcy lat świetlnych. W nim znajdziemy stare gwiazdy.
Dysk galaktyczny z częścią centralną są z kolei niejako zanurzone w sferycznej otoczce, którą nazywamy halo galaktycznym. To w halo znajdują się gromady kuliste, to w nim powinna znajdować się ciemna materia. Najodleglejsze składniki halo galaktycznego mogą sięgać nawet ponad miliona lat świetlnych od centrum galaktyki, jednakże najczęściej, gdy mówimy o rozmiarze Drogi Mlecznej ograniczamy się do średnicy części dyskowej, która ma około 100 tysięcy lat świetlnych średnicy. Układ Słoneczny znajduje się około 26 tysięcy lat świetlnych od centrum Galaktyki.
Wiek Drogi Mlecznej. Wydawało się, że już wszystko dobrze wiemy
Droga Mleczna jest starą galaktyką, jej wiek określa się na około 13,6 miliarda lat, czyli niewiele mniej niż czas, który upłynął od Wielkiego Wybuchu. Najstarsze są gwiazdy tworzące zgrubienie centralne oraz te w halo. Im bliżej dysku galaktycznego tym młodsze są to gwiazdy, jednakże wciąż szacowany wiek tych najstarszych to 8 do 10 miliardów lat. Wtedy właśnie rozpoczęło się formowanie cienkiego dysku, do którego należy też Słońce.
Oznacza to, że Droga Mleczna choć bardzo stara, swój obecny wygląd przybrała znacznie później. Teraz temu poglądowi wyzwanie rzucają wnioski płynące z obserwacji teleskopem kosmicznym Gaia. Jego zadaniem było stworzenie bardzo dokładnej mapy naszego galaktycznego podwórka, co przy okazji przyczyniło się do zebrania precyzyjnych zestawów danych na temat każdej z gwiazd. Dane z Gaia są badane przez różne zespoły badawcze, w tym grupę astronomów z Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam.
Dla 200 tysięcy gwiazd, w obszarze zaznaczonym na czerwono na obrazku powyżej, udało się bardzo dokładnie określić ich wiek. (fot: AIP/NASA)
W bazie danych dla 800 tysięcy gwiazd znajdujących się w odległości do 3200 lat świetlnych od Słońca wykryto bardzo stare obiekty, gwiazdy powstałe 10 miliardów lat, ale w niewielu przypadkach nawet ponad 13 miliardów lat temu. Są więc prawie tak stare jak gwiazdy w najstarszych regionach Drogi Mlecznej. I tylko kilkaset milionów lat młodsze niż Wszechświat.
Takich gwiazd jak te odkryte w danych Gaia się nie spodziewano
Dotychczas uważano, że gwiazdy w Drodze Mlecznej, które mają 10 i więcej miliardów lat, to gwiazdy o niewielkiej zawartości metali. Metali, czyli według astronomów pierwiastków cięższych niż wodór i hel. Jednakże okazuje się, że wiele z tych najstarszych gwiazd wykazuje nie tylko większą niż spodziewana zawartość metali, ale też jest czasem ona nawet dwa razy większa niż w przypadku Słońca.
Gwiazdy bardzo stare, symbolizowane czerwonym kolorem nie powinny wchodzic w skład cienkiego dysku galaktycznego. (fot: AIP/NASA)
Co to oznacza? Słońce powstało około 4,5 miliarda lat temu, gdy chmury molekularne w dysku galaktycznym, z których tworzą się nowe gwiazdy zostały już wzbogacone przez cięższe pierwiastki powstające w wybuchach supernowych. Gwiazdy dwa, a nawet trzy razy starsze, nie powinny mieć tak obfitego rezerwuaru ciężkich pierwiastków.
Skoro jednak gwiazdy tak stare jak cała Galaktyka zawierają sporo metali, to należy to wytłumaczyć intensywnymi procesami gwiazdotwórczymi we wczesnej fazie formowania się Drogi Mlecznej, które doprowadziły do wzbogacenia materii w centrum Galaktyki, a potem w formującym się dysku, w metale.
Odkrycie, które nadeszło w samą porę
Odkrycie grupy gwiazd starych i obfitych w metale jest z jednej strony zaskoczeniem, z drugiej nadeszło w samą porę, bo doskonale wpasowuje się w obraz wszechświata jaki nakreślił nam w ciągu ostatnich lat teleskop kosmiczny Webb, a także naziemna sieć radioteleskopów ALMA (Atacama Large Milimeter Array). Z jego obserwacji wynika, że galaktyki zaczęły formować się znacznie wcześniej niż przypuszczano, niespełna kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu, ale też szybko nabrały zaawansowanej formy.
Droga Mleczna o kształcie galaktyki spiralnej z wyraźnie zaznaczonym cienkim dyskiem, za sprawą odkrycia astrofizyków z Poczdamu, stała się o kilka miliardów lat starsza niż przypuszczano. To odkrycie pasuje do tego co sugerują obserwacje teleskopu kosmicznego Webba, czyli szybkiego formowania się galaktyk spiralnych już kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu.
Podobnie było z Droga Mleczną, której cienki dysk - jak podkreśla Samir Nepal, główny autor badań - powstał nawet 4 do 5 miliardów lat wcześniej niż dotychczas przypuszczano. Christina Chiappini zwraca uwagę także na sposób w jaki udało się astronomom uzyskać takie rezultaty. Są one konsekwencją dostępności najbogatszego obecnie zbioru danych Gaia, czyli trzeciej rewizji katalogu, ale też technik nauczania maszynowego. Te ostatnie ułatwiły nie tylko analizę bogatego katalogu gwiazd, ale też połączenie danych z różnych źródeł.
Źródło: AIP, inf. własna
Komentarze
8