Arheologie galactică: cum ne studiem galaxia natală Understand article

Acest articol a fost adaptat dintr-o postare de blog ESO

Nu putem privi propria galaxie din exterior, așa că ne punem următoarea întrebare: cum o putem totuși studia? Și aflăm aici cum astronomii deslușesc trecutul dramatic al Căii Lactee și cum descoperă astfel  o fereastră către viitorul acesteia.

Imagine: ESO/B. Tafreshi, CC BY 4.0

Cum studiem galaxia în care trăim? Este aproape ca și cum ți s-ar cere să desenezi o hartă a propriului oraș fără să poți ieși din casă. Te poți uita pe geam să vezi unele aspecte, să te uiți prin ferestre și să vezi unele aspecte, precum străzi și clădiri înalte, dar cele mai multe lucruri vor rămâne ascunse de casele din jur. De fapt, omenirea a reușit deja să se îndepărteze un pic de Pământ, doar că dimensiunile Căii Lactee sunt enorme. Voyager 1, cel mai îndepărtat obiect creat de om, călătorește de 45 de ani și se află acum la peste 20 de miliarde de kilometri distanță. Deși pare imensă, această distanță este aproape ca „vizavi”, în termeni galactici: ar trebui să fim de câteva milioane de ori mai departe pentru a obține o vedere clară asupra Căii Lactee.

O plimbare pe calea memoriei…

Una dintre primele încercări de a realiza o hartă a Căii Lactee a fost făcută în 1785 de către frații astronomi,  Caroline și William Herschel. Numărând stelele pe care le puteau vedea pe cerul nopții, ei au desenat o imagine a Căii Lactee care însă nu avea prea multe în comun cu modelele galaxiei pe care le cunoaștem astăzi.

Sunt două probleme majore pe care astronomii trebuie să le depășească pentru a obține o imagine mai bună a Căii Lactee: (1) să fie cunoscute distanțele până la cele 200 de miliarde de stele și proprietățile acestora, și (2) să se poată vedea dincolo de norii întunecați de praf cosmic care ne obstrucționează vederea. Măsurătorile de distanțe pentru obiectele aflate dincolo de sistemul solar au fost imposibile înainte de a doua jumătate a secolului al XIX-lea. Însă odată cu dezvoltarea unor telescoape mai bune și cu aplicarea fotografiei la observațiile astronomice, cartografierea cerului s-a îmbunătățit rapid.

La începutul anilor 1950, astronomul Knut Lundmark i-a însărcinat pe Martin și Tatjana Kesküla să picteze o hartă a galaxiei noastre, cunoscută de atunci sub numele de Panorama Lund a Căii Lactee. Lucrând manual, aceștia au adăugat pozițiile a aproximativ 7000 de stele individuale, creând astfel un desen fără precedent al Căii Lactee. Harta de 2 × 1 metri a necesitat doi ani pentru a fi pictată, și ea poate fi văzută la Observatorul Lund din Suedia.
Imagine: Observatorul Lund, Suedia

Un moment important în cartografierea Căii Lactee a avut loc la începutul anilor 1990, când Lennart Lindegren, împreună cu Michael Perryman și cu European Space Agency (ESA) au propus misiunea spațială a telescopului Gaia. Lansat în 2013, telescopul Gaia avea să furnizeze informații neprețuite despre aspectul galaxiei noastre.[1,2]

Cum cartografiem galaxia?

Gaia a cartografiat până acum pozițiile și vitezele a aproape două miliarde de stele din Calea Lactee, ceea ce înseamnă doar 1% din totalul stelelor existente în  galaxie. Rezultatul acestui efort este că acum astronomii pot să urmărească structurile Căii Lactee și să modeleze mișcările stelelor în trecut, precum și în viitor. Dar cum putem măsura distanța până la o stea? Lucrul acesta se face prin observarea modului în care steaua pare să se miște în raport cu stelele de fundal pe măsură ce Pământul orbitează în jurul Soarelui (paralaxa stelară). Puteți observa singuri efectul de paralaxă ținând un deget în fața feței: mai întâi închideți un ochi și priviți cu celălalt, și apoi invers. Veți observa cum degetul pare să se miște în raport cu fundalul. Dacă mutați degetul ceva mai departe, acesta va părea că se mișcă mai puțin, adică unghiul de cuprindere este mai mic. Pentru stele, putem folosi același principiu, dar în loc să ne folosim alternativ cei doi ochi, vom folosi orbita Pământului în jurul Soarelui pentru a alege două puncte de vedere asupra stelei. Utilizând unghiul deplasării aparente și distanța dintre Soare și Pământ, se poate măsura distanța de la noi până la stea.

Ilustrare a modului de lucru al metodei paralaxei. Poziția aparentă a unei stele este văzută de pe Pământ pe măsură ce Pământul orbitează în jurul Soarelui, ceea ce permite astronomilor să calculeze distanța până la acea stea.
Imagine: NASA, ESA și A. Feild (STScI), CC BY 4.0

Misiunea Gaia oferă nu doar informații despre distanțe, ci și indicii despre dezvoltarea și istoria stelelor. Arheologii galactici studiază istoria galaxiei noastre, iar stelele sunt fosilele lor. Iar pentru a studia aceste fosile în detaliu, telescoapele Observatorului European de Sud (ESO) înregistrează amprenta chimică a stelelor folosind spectroscopia. Observațiile Gaia-ESO folosesc facilitățile ESO pentru a obține informațiile despre chimia stelelor urmărite, cu scopul de a dezvălui în continuare misterul Căii Lactee.[3]

Imagine compozită a telescopului spațial Gaia (reprezentare artizanală, sus) și a Telescopului gigant al ESO (jos). Împreună, ele au cartografiat Calea Lactee, furnizând indicii despre structura și evoluția acesteia.
Imagine: ESA/ESO, CC BY 4.0

Construind Calea Lactee

În termeni simpli, putem spune că, pentru a construi o galaxie, avem nevoie în primul rând de gaz și de materie întunecată. Datorită gravitației, gazul se va prăbuși în stele, care sunt legate gravitațional și se vor învârti împreună creând o galaxie. De-a lungul timpului, galaxia se va schimba și va evolua, parțial și datorită evoluției stelelor înseși. Pe parcursul vieții lor, stelele fuzionează hidrogenul și heliul în elemente mai grele, dar vor produce și praf. Aceste substanțe sunt apoi expulzate în jur sub formă de gaz. Generațiile ulterioare de stele care se formează din acel gaz îmbogățit vor încorpora acele elemente grele în compoziția lor. Studiind ulterior amprentele chimice ale stelelor, putem să distingem diferitele lor generații. Distribuția, evoluția și mișcarea stelelor în galaxia noastră a determinat Calea Lactee să fie o galaxie spirală, având un disc dotat cu brațe spiralate bine definite și cu o regiune umflată în mijloc, numită umflătură. Discul și umflătura sunt încorporate într-un halou care conține ciorchini de stele globulare și materie întunecată. Totuși, reținem că aceasta este o doar descriere foarte largă și simplificată a galaxiei noastre.

O imagine a întregului cer, așa cum a fost ea văzută de Gaia, cu planul Căii Lactee evoluând orizontal. Aceasta nu este o fotografie a Căii Lactee, ci o colecție a tuturor celor 1,8 miliarde de obiecte pe care le-a măsurat Gaia.
Imagine: ESA/Gaia/DPAC, CC BY-SA 3.0 IGO

Zbatere în trecut, în prezent, în viitor

Studiind mișcarea și componența chimică a stelelor din Calea Lactee, astronomii au descoperit aici rămășițele împrăștiate ale unei vechi galaxii,[4] care s-a sfărâmat în urmă cu câteva miliarde de ani, dar și rămășițe ale altor galaxii, digerate în haloul Căii Lactee.

Însă acesta nu este sfârșitul istoriei agitate a Căii Lactee. În prezent galaxia noastră este în proces de a înghiți o altă galaxie: galaxia pitică Săgetătorul. Galaxia Săgetătorul a trecut prin galaxia noastră de mai multe ori de-a lungul vremii, fiind sfâșiată încet de gravitația Căii Lactee. Pe de altă parte, la fel ca la aruncarea unei pietre în apă, plonjările repetate ale Săgetătorului în Calea Lactee au determinat ondulații în discul Căii Lactee, aspect care poate fi văzut de Gaia.[5]

Reprezentare artistică a stelei și a cozii de praf din resturile galaxiei pitice Săgetătorul, care este în curs de asimilare în Calea Lactee.
Imagine: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech)

Derulând rapid în viitor cu patru miliarde de ani, se anticipează că galaxia noastră va fuziona cu cel mai apropiat mare vecin al său, galaxia Andromeda, și se va crea astfel o nouă galaxie.[6] Și astfel galaxia noastră se va regăsi remodelată încă o dată.

Imaginea de ansamblu?

Deci? Am obținut harta finală a Căii Lactee? Ei bine, ajungem și acolo! A rămas problematic faptul că vederea noastră înspre centrul Căii Lactee este acoperită de nori de praf care blochează lumina. Însă grație detectorilor cu infraroșu și cu unde radio, este posibil să privim prin norii de praf. Acești detectori ne-au permis să obținem o imagine a lui Săgetător A*, gaura neagră supermasivă din centrul galaxiei noastre, și să stabilim că masa acesteia este egală cu cea a patru miliarde de sori.[7]

Reprezentare artistică, detaliată și adnotată, a Căii Lactee, inclusiv cu locația brațelor spiralate și a altor componente.
Imagine: NASA/JPL-Caltech/ESO/R. Hurt, CC BY 4.0

În viitor, misiunii Gaia i se vor alătura instrumente nou instalate la telescoapele ESO pentru a capta simultan spectrele infraroșu și vizibil a peste 1000 de obiecte, îngăduind astfel astronomilor să obțină amprentele chimice a milioane de stele. Împreună cu Gaia, aceste noi instrumente vor dezvălui multe dintre secretele pe care încă le deține Calea Lactee, astfel încât într-o zi să avem o hartă completă a galaxiei noastre.


References

[1] Pagina web a misiunii Gaia pe website-ul ESA: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Gaia

[2] Colaborarea dintre ESO și ESA: https://www.eso.org/public/blog/how-eso-collaborates-with-esa/

[3] Cum colaborează ESO la misiunea Gaia: https://www.eso.org/public/blog/it-is-full-of-stars/

[4] Feuille DK et al. (2022) An Old, Metal-rich Accreted Stellar Component in the Milky Way Stellar Disk. The Astrophysical Journal 934: 21. doi: 10.3847/1538-4357/ac76ba

[5] Un articol despre rezultatele misiunii Gaia pe website-ul ESA: https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Gaia/Gaia_hints_at_our_Galaxy_s_turbulent_life

[6] Un articol despre destinul Căii Lactee pe website-ul NASA: https://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/science/milky-way-collide.html

[7] Stele evoluând în jurul găurii negre supermasive din centrul Căii Lactee în aceste imagini ESO: https://www.eso.org/public/news/eso2119/

Resources

Institutions

Author(s)

Rebecca Forsberg este comunicatoare de știință și doctorandă în astrofizică la Universitatea Lund, Suedia. La momentul redactării acestui articol, Rebecca făcea un stagiu de comunicare științifică de șase luni la ESO.

License

CC-BY

Download

Download this article as a PDF



Related articles

Understand

La vânătoare de exoplanete

Posibilitatea de a exista şi alte lumi precum a noastră a fascinat oamenii de milenii. Acum tehnologia aduce astfel de lumi – sau exoplanete – la îndemâna descoperirii.