12 Minute
Ultimele hărţi ale misiunii Gaia arată că Calea Lactee nu doar se roteşte şi este răsucită — găzduieşte şi un val vast, cu mişcare lentă, care traversează discul stelar. Acest ripple recent identificat deplasează stele cu zeci de mii de ani-lumină faţă de centrul galactic şi oferă indicii noi despre istoria dinamică a galaxiei noastre.
Calea Lactee nu doar se roteşte – ea vibrează. Date noi de la telescopul spaţial Gaia al Agenţiei Spaţiale Europene (ESA) dezvăluie un val imens care se propagă prin discul galaxiei şi care deplasează stele la distanţe de ordinul zecilor de mii de ani-lumină de centrul galactic.
Un val imens care curge prin discul galactic
Timp de decenii astronomii au ştiut că galaxia noastră este un sistem rotativ cu un disc stelar înclinat sau "warp". Gaia — misiunea astrometrică a ESA — a cartografiat acum stelele cu precizie fără precedent în trei dimensiuni spaţiale şi trei componente de viteză, dezvăluind o undă coerentă care se deplasează spre exterior dinspre centrul galactic. Spre deosebire de perturbaţii localizate, această structură se întinde pe o fracţiune importantă a discului exterior, ajungând aproximativ între 30 şi 65 de mii de ani-lumină de centrul galaxiei, în condiţiile în care Calea Lactee are aproximativ 100 de mii de ani-lumină în diametru.
Telescopul spaţial Gaia al Agenţiei Spaţiale Europene (ESA) a relevat că galaxia noastră, Calea Lactee, are un val gigantic care se propagă spre exterior dinspre centru. În imaginea din stânga privim galaxia „de sus”. În dreapta, vedem o secţiune verticală a galaxiei şi privim valul din profil. În această perspectivă, Soarele este situat între linia de vedere şi bulbul galactic. Această vedere arată, de asemenea, că partea „stângă” a galaxiei se curbează în sus, iar cealaltă parte se curbează în jos (acesta este warp-ul discului galactic). Valul recent descoperit este indicat în roşu şi albastru: în zonele roşii, stelele se află deasupra discului nominal, iar în zonele albastre stelele se situează sub discul răsucit al galaxiei. Credit: ESA/Gaia/DPAC, S. Payne-Wardenaar, E. Poggio et al (2025)
Structura nou cartografiată seamănă cu urma produsă de o pietricică aruncată într-un lac: regiuni în care stelele se găsesc deasupra planului median alternează cu regiuni în care sunt sub acesta. Totuşi, nu e un strop instantaneu — undele la scară galactică evoluează pe milioane până la sute de milioane de ani, astfel încât datele Gaia pot fi interpretate ca o expunere lungă care surprinde mişcări lente şi de mari dimensiuni.
Cum a evidenţiat Gaia mişcarea
Gaia măsoară poziţii, distanţe şi mişcări pentru peste un miliard de stele. Prin combinarea paralaxei (distanţa), mişcărilor proprii (deplasarea pe cer) şi vitezei radiale (mişcarea spre sau îndepărtare de noi), astronomii pot reconstrui poziţii 3D complete şi vectori de viteză pentru stele individuale. Echipa condusă de Eloisa Poggio de la Istituto Nazionale di Astrofisica din Italia a folosit aceste informaţii din spaţiu de fază cu şase dimensiuni pentru a produce hărţi "de faţă" şi "din profil" ale discului, dezvăluind geometria valului şi felul în care se mişcă stelele în cadrul său.
Detaliile tehnice sunt importante: combinaţia de paralaxă de înaltă precizie, mişcări proprii calibrate şi măsurători de viteză radială oferă un set de date cinemată robust. Acest lucru permite analiza fazei şi amplitudinii oscilaţiei verticale (componenta z) şi măsurarea unui decalaj de fază între deplasare şi viteză, un indiciu clar al naturii ondulatorii a fenomenului.
Ripple-ul galactic neaşteptat este ilustrat în figura de mai sus. Aici, poziţiile a mii de stele luminoase sunt afișate în roşu şi albastru, suprapuse peste hărţile Gaia ale Căii Lactee.
Urmărind variabilele Cepheid şi stelele gigant tinere — markeri strălucitori şi îndepărtaţi ale căror distanţe şi mişcări sunt deosebit de fiabile — cercetătorii au putut urma valul pe suprafeţe mari din discul exterior. Aceşti tracer-i stelari indică nu doar deplasarea deasupra sau sub planul median (regiunile roşii/albastre), ci şi un decalaj de fază între poziţie şi mişcarea verticală: cele mai mari viteze ascendente conduc creasta în poziţie, exact cum arată o undă care se propagă, unde există un offset între deplasare şi viteză.
Telescopul spaţial Gaia al ESA a arătat că Calea Lactee are un val uriaş care se propagă dinspre centru. Imaginea prezintă Calea Lactee văzută din profil. În zonele roşii, stelele sunt poziţionate mai „în sus”, iar în cele albastre stelele se află mai „în jos” în raport cu planul discului galactic. Credit: ESA/Gaia/DPAC, S. Payne-Wardenaar, E. Poggio et al (2025)
Interpretarea pattern-ului: unde, urme şi coliziuni
Ce a pus valul acesta în mişcare? Sunt pe masă mai multe ipoteze. O întâlnire apropiată sau o coliziune din trecut cu o galaxie pitică satelit — cum ar fi galaxia pitică Sagittarius, cunoscută pentru interacţiunile sale repetate cu Calea Lactee — ar fi putut trimite unde gravitaţionale prin disc. Alternativ, procese interne precum instabilităţile în structura spirală sau bara galactică centrală pot excita oscilaţii verticale la scară mare. Distincţia între aceste scenarii necesită modelarea cronologiei, amplitudinii şi lungimii de undă a oscilaţiei observate.
Mișcările stelare sunt evidențiate prin săgeți albe în imaginea edge-on; se observă că modelul mişcărilor verticale (reprezentat de săgeţi) este uşor decalatat orizontal faţă de modelul format din poziţiile verticale ale stelelor (indicate de culorile roşu/albastru). Această fazare între deplasare şi viteză oferă un test observabil pentru simulările numerice: un print de fază clar este în general compatibil cu o undă propagantă şi poate ajuta la estimarea vitezei de propagare şi a perioadei asociate.
Pentru a diferenţia între o perturbaţie externă (coliziune/close passage) şi una internă (instabilităţi), cercetătorii combină observaţiile cu simulări N-body şi hidrodinamice care includ componente stelare, gaz şi potenţialul halo-ului dark matter. Parametrii esenţiali pe care îi ajustează modelele sunt masa şi orbită satelitului perturbaţional, masa discului şi proprietăţile de disipare ale gazului, precum şi structura barei şi a braţelor spirale.
Deoarece Cepheidele şi alte stele tinere participă în val, semnalul implică probabil componenta gazoasă a discului. Stelele se formează din gaz, deci dacă gazul însuşi a fost perturbat, stelele nou formate ar moşteni imaginea acelei perturbaţii. Acest lucru înseamnă că valul ar putea încă modela populaţii stelare recente şi regiuni active de formare stelară în discul exterior.
Este legat de Valul Radcliffe?
O comparaţie tentantă este Valul Radcliffe — o structură mult mai mică, de aproximativ 9.000 de ani-lumină, de gaz şi praf descoperită mai aproape de Soare. Totuşi, valul nou dezvăluit de Gaia se întinde pe o suprafaţă mult mai mare şi se află într-o regiune diferită a discului, astfel orice legătură rămâne incertă. Valul Radcliffe este un filament localizat; valul Gaia este o oscilaţie care acoperă discul. Cercetătorii rămân prudenţi: cele două trăsături pot fi manifestări independente ale unor procese dinamice comune sau pot împărtăşi o legătură cauzală, rădăcină în interacţiuni galactice anterioare.
O ilustrare artistică care arată anatomia Căii Lactee, o galaxie spirala barată de aproximativ 13 miliarde de ani, care găzduieşte câteva sute de miliarde de stele. Credit: ESA/Gaia/DPAC, S. Payne-Wardenaar
De ce contează această descoperire
Undele verticale la scară mare poartă informaţii despre istoria dinamică recentă a Căii Lactee. Prin măsurarea lungimii de undă, a vitezei de propagare şi a ratei de amortizare a valului, astronomii pot deduce când şi cum a avut loc perturbarea şi pot estima proprietăţile oricărui satelit perturbaţional. Aceste constrângeri rafinează modelele distribuţiei de masă în disc şi halo şi îmbunătăţesc înţelegerea modului în care galaxiile se stabilizează după întâlniri.
Dincolo de dinamica pură, valul ar putea influenţa locurile de naştere ale noilor stele, amestecul populaţiilor stelare şi încălzirea verticală a discului — toţi factori care modelează structura Căii Lactee pe termen cosmic. În termeni practici, detectarea şi caracterizarea acestei unde transformă Calea Lactee dintr-un fundal static într-un sistem evolutiv cu o istorie observabilă detaliată.
Perspective de expert
„Gaia ne oferă un film al galaxiei în slow-motion,” spune Dr. Maria Ortega, o astrofiziciană (exemplificativă) specializată în dinamica galactică. „Ceea ce pare a fi un warp sau un ripple static este, de fapt, o amprentă dinamică a evenimentelor trecute. Prin combinarea mişcărilor stelare cu modele de gravitaţie şi dinamică a gazului, putem derula înapoi episoadele recente ale Căii Lactee — o reconstrucţie arheologică la scară extraordinară.”
Dr. Ortega adaugă: „Identificarea dacă valul s-a format în urma coliziunii cu un satelit sau din cauza unei instabilităţi interne va necesita simulări numerice care reproduc atât modelul spaţial, cât şi decalajele de fază ale vitezei pe care le observă Gaia. Viitoarele versiuni de date Gaia vor restrânge aceste constrângeri şi probabil vor dezvălui şi trăsături mai subtile.”
Ce urmează: hărţi mai bune şi modele mai profunde
Următorul set de date Gaia va oferi poziţii şi mişcări îmbunătăţite pentru stelele variabile precum Cepheidele şi un eşantion mai larg de markeri îndepărtaţi. Acest set de date cu fidelitate mai mare va permite echipelor să rafineze hărţile valului, să măsoare viteza de propagare cu acurateţe sporită şi să testeze scenarii de formare concurente cu statistici mai robuste.
Pe partea de modelare, cercetătorii vor folosi simulări N-body şi hidrodinamice pentru a recrea posibile întâlniri între Calea Lactee şi companionii pitici şi pentru a explora modul în care braţele spirale sau bara centrală pot genera oscilaţii verticale similare. Simulările includ, de regulă, componente stelare, un disc gazoşi cu pierderi termice, şi un halo de materie întunecată, pentru a reproduce proprietăţile observate — amplitudinea, lungimea de undă şi degradarea în timp.
Observaţii complementare — de exemplu, sondaje radio care cartografiază gazul rece (linie HI, emisii CO) în discul exterior — vor verifica dacă componenta gazoasă urmăreşte succesiunea valului stelar. Instrumente precum VLA, ALMA şi viitorul SKA pot oferi date esenţiale despre distribuţia şi dinamica gazului, iar sondaje în infraroşu şi optice (spectroscopie multi-obiect) completează datele Gaia privind cinematica şi compoziţia chimică a populaţiilor afectate.
Mișcările stelelor prin galaxie sunt o carte deschisă pentru astronomi cu instrumentele potrivite. Gaia continuă să transforme pagini goale în capitole detaliate din biografia Căii Lactee, iar acest val gigantic este una dintre cele mai izbitoare intrări recente.
Mişcările stelelor sunt vizibile prin săgeţile albe din imaginea edge-on prezentată mai sus. Se poate observa că modelul mişcărilor verticale (reprezentat de săgeţi) este uşor decalatat orizontal în raport cu modelul format din poziţiile verticale ale stelelor (indicate de culorile roşu/albastru).
Eloisa şi colegii ei au reuşit să detecteze această mişcare surprinzătoare studiind poziţiile detaliate şi mişcările stelelor gigant tinere şi ale stelelor Cepheid. Aceste tipuri de stele variază în luminozitate într-un mod previzibil, ceea ce le face util de urmărit de telescopul Gaia pe distanţe mari şi le oferă statutul de "standard candles" pentru cartografierea tridimensională a galaxiei.
Deoarece stelele gigant tinere şi Cepheidele se mişcă odată cu valul, oamenii de ştiinţă consideră că şi gazul din disc ar putea participa la această oscilaţie la scară largă. Este probabil ca stelele tinere să păstreze memoria perturbării prezente în gazul din care s-au format.
„Următoarea a patra eliberare de date a Gaia va include poziţii şi mişcări şi mai bune pentru stelele Căii Lactee, incluzând variabile precum Cepheidele. Aceasta va ajuta oamenii de ştiinţă să realizeze hărţi mai detaliate şi, astfel, să avanseze în înţelegerea acestor trăsături caracteristice ale galaxiei noastre,” spune Johannes Sahlmann, Gaia Project Scientist la ESA.
Ripple-ul galactic neaşteptat este ilustrat în figura de mai sus. Aici, poziţiile a mii de stele luminoase sunt afișate în roşu şi albastru, suprapuse peste hărţile Gaia ale Căii Lactee.
Sursa: scitechdaily
Lasă un Comentariu