Орех в центре Галактики

Самая подробная 3D-карта нашей Галактики построена астрономами Европейской южной обсерватории. Оказалось, что центр Млечного Пути одновременно напоминает арахис и букву X.

Работа выполнена на основе находящихся в открытом доступе данных наблюдений с широкоугольным телескопом ESO VISTA и из измерений движений сотен очень слабых звезд в центральной области Галактики — так называемом галактическом балдже.

Балдж представляет собой гигантское звездное облако вокруг центра Галактики, содержит миллиарды звезд и простирается на тысячи световых лет. Однако его структура и происхождение еще не до конца понятны.

К сожалению, с Земли центральную часть Галактики видно не очень хорошо: ее заслоняют от нас плотные облака газа и пыли, которые располагаются между центром Млечного Пути и Солнечной системой.

Поэтому астрономы стараются наблюдать галактический центр в других диапазонах длин волн, в которых пыль является невидимой.

На рубеже XX—XXI веков по результатам наблюдений балджа космическим спутником COBE и инфракрасным обзором неба 2MASS в центре Галактики была обнаружена странная X-образная структура. Теперь, с помощью телескопов ESO, две группы ученых разглядели строение балджа более отчетливо.

Группа из Института внеземной физики имени Макса Планка (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics — MPE), находящегося в Гархинге (Германия), воспользовалась данными VVV (VISTA Variables in the Via Lactea Survey) — это один из шести больших обзоров неба, выполняемых широкоугольным телескопом VISTA (зеркало к этому телескопу было сделано в России). Этот новый обзор, открытый для использования всеми желающими, содержит в 30 раз более слабые звезды, чем те, которые были зарегистрированы в ранних обзорах балджа. Группа отождествила в целом 22 миллиона звезд, принадлежащих к классу красных гигантов. Хорошо известные физические характеристики этих звезд позволяют надежно определять расстояние до них. Красные гиганты звездного населения гало были выбраны объектами этого исследования, так как они могут служить эталонами для определения расстояний: на стадии гигантов их светимость может считаться независимой от их возраста и химического состава и примерно одинакова для всех звезд. Из наблюдаемых цветов красных гигантов можно прямо вычислить количество газа и пыли, экранирующее свет этих звезд, а затем построить истинное распределение блеска с учетом поглощения их света газопылевыми облаками. А так как красные гиганты населения гало имеют примерно одинаковую истинную светимость, то мы, таким образом, получаем оценку расстояния до каждой из звезд.

Хорошее пространственное покрытие, достигнутое в обзоре VVV, позволило выполнить такие измерения на всей протяженности внутренней зоны Млечного Пути. Так и была построена трехмерная карта галактического балджа.

«Глубина проникновения звездного каталога VISTA в сторону слабых звезд значительно превышает достигнутую в предыдущих работах такого типа. Теперь мы можем регистрировать весь состав звездного населения во всех областях балджа, кроме, может быть, наиболее сильно экранируемых пылью, — объясняет Кристофер Вегг, ведущий автор одной из работ. — На основе этих данных мы можем построить трехмерную карту галактического балджа. Эта карта впервые построена нами без предварительного задания какой-либо модели, описывающей форму балджа».

«Мы обнаружили, что внутренняя область нашей Галактики имеет коробкообразную форму, которая с одной из сторон сильно напоминает арахисовый орех в скорлупе, с другой — гигантскую букву X, а сверху — вытянутую перемычку», — добавляет Ортвин Герхард, соавтор первой работы и руководитель исследовательской группы MPE. Результаты работы этой группы ученых приняты к публикации в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, с ними можно ознакомиться на сайте препринтов ArXiv.org.

Второй международный коллектив ученых под руководством чилийского аспиранта Сержио Васкеса из Католического университета Чили в Сантьяго и ESO избрал для изучения структуры балджа другой подход. Сравнивая изображения, полученные на 2,2-метровом телескопе MPG/ESO с интервалом 11 лет, астрономы смогли измерить на этих снимках микроскопические смещения звезд балджа, вызванные движением этих звезд в пространстве.

Дополнив измерения определением движения тех же звезд по лучу зрения в направлении к Земле или от нее, ученые получили трехмерную карту пространственных перемещений более 400 звезд.

Измерения лучевых скоростей выполнены со спектрографом FLAMES-GIRAFFE на Очень большом телескопе ESO (VLT) и спектрографом IMACS в обсерватории Лас-Кампанас. Результаты работы опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.

«Впервые проведено столь массовое определение трехмерных скоростей индивидуальных звезд балджа, — заключает Васкес. — Оказывается, что звезды, которые мы наблюдали, образуют потоки вдоль X-образных ветвей балджа, двигаясь при этом вверх и вниз от плоскости Млечного Пути. Это очень хорошо соответствует предсказаниям современных моделей!»

Астрономы полагают, что изначально Млечный Путь был просто состоящим из звезд диском, в котором несколько миллиардов лет назад сформировалась плоская перемычка — бар. Такие узкие длинные линейные структуры, пересекающие центральные области, есть у многих галактик, в том числе у Млечного Пути. Внутренняя часть этой перемычки затем изогнулась и образовала ту самую трехмерную структуру «орешка», которая обнаруживается в современных наблюдениях.