Grupa naukowców używając National Science Foundation’s Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) dokonała pierwsze detekcji czegoś, co zdaje się być resztkami materii, z której formowała się galaktyka. Dokładnie chodzi o obojętne obłoki wodoru zbierające się wokoło Galaktyki w Andromedzie, najbliższej wielkiej, spiralnej galaktyce odległej od naszej Drogi Mlecznej.

Odkrycie to może pomóc naukowcom w zrozumieniu struktury i ewolucji Drogi Mlecznej i wszystkich spiralnych galaktyk. Może także okazać się pomocne w wyjaśnieniu czemu młode gwiazdy w dorosłych galaktykach są zadziwiająco pozbawione ciężkich elementów w porównaniu z podobnymi gwiazdami w innych obiektach.

Olbrzymie galaktyki, takie jak Galaktyka w Andromedzie czy nasza Droga Mleczna, prawdopodobnie uformowały się poprzez wielokrotne pochłonięcie mniejszych galaktyk i poprzez akrecję dużej ilości mniej masywnych ”obłoków” – ciemnych obiektów, które nie stały się gwiazdami” – powiedział David A. Thilker z Johns Hopkins University w Baltimore. – “Teoretyczne modele przewidują, że ten proces galaktycznego wzrostu trwa, ale astronomowie nie mogli dotąd wykryć oczekiwanych mało masywnych bloków spadających na pobliskiej galaktyki – aż do teraz“.

Badania Thilkera zostały opublikowane w “Astrophysical Journal Letters“. W badania te było zaangażowanych także wielu innych naukowców.

Droga Mleczna i Galaktyka w Andromedzie zostały uformowane wiele miliardów lat temu w kosmicznym towarzystwie głównie wodoru, helu i ciemnej, zimnej materii. Do teraz większość z tych surowców została pożarta przez te dwie galaktyki, ale naukowcy podejrzewają, że niektóre z prymitywnych obłoków całych czas gdzieś tam się unoszą.

Wcześniejsze badania ujawniły kilka obojętnych obłoków wodoru niedaleko Drogi Mlecznej, ale nie będące częścią jej dysku. Zostały one początkowo przydzielone do obłoków o wysokich prędkościach (high-velocity clouds – HVCs), ponieważ zdawały się poruszać z prędkościami obiegającymi od prędkości wynikających z rotacji galaktycznej.

Naukowcy nie byli pewni czy HVCsy czy to są obłoki, z których formowała się nasza Galaktyka, którym udało się uciec (nie spadły na galaktykę), czy też zostały one przyspieszone przez energetyczne procesy wewnątrz Drogi Mlecznej. Odkrycie podobnych obłoków wokół Andromedy wzmacnia tezę, że cześć z HVCsów to obłoki, które formowały naszą Galaktykę.

Astronomowie są w stanie użyć radioteleskopów, aby odkryć charakterystyczne promieniowanie 21-centymetrowe emitowane przez obojętne atomy wodoru. Jednak jest problem – te obłoki o niskiej masie emitują bardzo słabe promieniowanie. Nawet te najbliższe nas obłoki orbitujące wokół Drogi Mlecznej ciężko jest badać ze względu na niepewności w pomiarze odległości. “Wiemy, że obłoki o dużych prędkościach są blisko nas ale dokładne określenie jak blisko to szaleńcze wyzwanie” – powiedział Thilker.

Wcześniejsze próby znalezienia brakujących satelitów na zewnątrz galaktyk, których odległość od nas została określona bardzo precyzyjnie, zakończyły się fiaskiem, ze względu na potrzebę bardzo czułego instrumentu produkującego obrazy o dużej wierności. Stało się tak nawet w przypadku tak jasnego źródła jakim była Galaktyka w Andromedzie.

Jednak nowy projekt GBT umożliwił sprostanie tym wyzwaniom. Astronomom udało się po raz pierwszy rzucić okiem na zaśmiecone sąsiedztwo Andromedy.

Galaktyka w Andromedzie stała się celem ze względu na to, że jest najbliższą masywną galaktyką spiralną. “W pewnym sensie – bogaty w kosmosie staje się bogatszy” – powiedział Thilker. – “Jeśli inne galaktyki są równe to oczekiwać należy odnalezienia większej ilości pierwotnych obłoków w towarzystwie wielkich spiralnych galaktyk niż wokół na przykład galaktyk karłowatych. To powoduje, że Andromeda staje się dobrym miejscem do badań, szczególnie jeśli weźmiemy pod uwagę także niewielką odległość (bo tylko 2,5 miliona lat świetlnych) od nas“.

To co udało się namierzyć dzięki GBT to20 obojętnych obłoków wodoru. Te obłoki, będące pod wpływem grawitacyjnym halo Andromedy, wydają się być gazowymi tworami – brakującymi satelitami i ich pozostałościami po fuzji. Prawdopodobnie są zdominowane przez ciemną materię. Zostały znalezione wewnątrz Andromedy o rozmiarach 163 000 lat świetlnych.

Faworyzowane modele kosmologiczne przewidywały obecność tych satelitów, a ich odkrycie może być istotne w kwestii poszukiwania kandydatów na ciemną materię w kosmosie. Także potwierdzenie wszechobecnej egzystencji tych obłoków o niskiej masie wokół większych galaktyk może pomóc rozwiązać tajemnicę, czemu młode gwiazdy, znane jako karły typu G, są chemicznie podobne do tych , które ewoluowały miliardy lat temu!

W miarę rozwoju galaktyk, rozwijana jest większa ilość ciężkich elementów, które formują się w wyniku reakcji w jądrach gwiazd i w wyniku eksplozji supernowych. Wybuchy te rozrzucają ciężkie elementy w galaktyce, które stają się planetami wokół gwiazd nowej generacji.

Spektralna i fotometryczna analiza młodych gwiazd w Drodze Mlecznej i innych galaktykach, pokazuje jednak, że jest pewna liczba młodych gwiazd, które są ubogie w ciężkie pierwiastki, co sprawia, że przypominają one gwiazdy, które formowały się we wczesnych stadiach ewolucji galaktyki.

Jedynym sposobem aby wyjaśnić to anomalie to posiadać świeże źródło surowca galaktycznego, z którego uformowały się nowe gwiazdy” – powiedział Murphy, współautor badań. – “Jeśli obłoki o wysokich prędkościach mają być pozostałościami po tym co tworzyło galaktyki, to zawierają one nieskazitelny wodór, wolny od ciężkich metali, które posiadają starsze galaktyki“. Fuzja obłoków z galaktykami może w ten sposób wyjaśni w jaki sposób świeży materiał jest dostępny dla formujących się karłów typu G.

M31, 16 sierpnia 2002, godzina 1:07

Zdjęcie nieba w pobliżu galaktyki M31. Obok Wielkiej Mgławicy w Andromedzie dostrzec można dwie satelitarne galaktyki – M32 i M110. Do wykonania fotografii użyto kamerki internetowej Philips Vesta Pro z obiektywem 58 mm. Obraz jest sumą kilkudziesięciu 10-sekundowych ekspozycji. Skala jasności jest logarytmiczna.

Wielka Galaktyka w Andromedzie, znana także jako M31, jest jedną z kilku galaktyk widzianych gołym okiem z Ziemi. Widoczna jest na niebie jako słaba smuga w konstelacji Andromedy. Przez mały teleskop można także dostrzec dwie galaktyki-satelity – znane jako M32 i M110. Te karłowate galaktyki, wraz z obłokami badanymi przez Thilker i jego współpracowników, są skazane na pożarcie przez Andromedę. Droga Mleczna, M33, M31 plus około 40 karłowatych kompanów to tzw. Lokalna Grupa Galaktyk.

Obecnie Andromeda jest chyba bardziej badana niż Droga Mleczna. Wiele rzeczy, których dowiedzieliśmy się o Naszej Galaktyce, wynikało z obserwacji Andromedy, podczas gdy ogólnie właściowości Drogi Mlecznej są wnioskowane z obserwacji wewnętrznych. “Przy takich obserwacjach, Andromeda jest dobrą analogią Drogi Mlecznej” – powiedział Murphy. – “Klaruje nam obraz. Życie wewnątrz Drogi Mlecznej to tak jak próba spojrzenia na dom bez wychodzenia na zewnątrz. Obserwacja sąsiednich domostw, może nam dać wiele informacji na temat naszego domu (zakładając, że wszystkie domy zostały zbudowane w ten sam sposób)“.

Zdjęcie przedstawia radioteleskop Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) w całej okazałości. Ogromny, ruchomy talerz ma średnicę 100 metrów.

GBT to największy na świecie, w pełni zautomatyzowany radioteleskop.

Autor

Zbigniew Artemiuk