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 «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 во��раст 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