Геометрия против предположений: как измерить галактику изнутри

Астрономы использовали данные космических рентгеновских обсерваторий Chandra (NASA) и XMM-Newton (ESA), чтобы получить новые, чрезвычайно точные измерения спиральных рукавов нашей галактики. Результаты исследования показали, что внешние спиральные рукава Млечного Пути простираются гораздо дальше, чем ученые полагали ранее. Эти выводы заставляют ученых пересмотреть фундаментальные представления о структуре и массе нашей родной галактики. Научная работа была опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics.

"Это очень прямой метод, основанный исключительно на геометрии, для точного измерения расстояний до спиральных рукавов Млечного Пути,
– прокомментировала Беатриче Вая, возглавившая исследование во время обучения в итальянских научных учреждениях Scuola Universitaria Superiore IUSS Pavia и Университете Тренто.

Главная проблема изучения Млечного Пути заключается в том, что Земля расположена внутри одного из его рукавов. Пыль и газ блокируют прямую видимость других частей системы, поэтому большинство предыдущих методов картографирования основывались на предположениях о том, как именно вращается галактика. Однако такие модели становятся менее надежными на больших расстояниях от центра. Чтобы обойти эти ограничения, исследователи использовали явление под названием "световое эхо".

Ученые наблюдали за гамма-всплесками – самыми мощными взрывами во Вселенной, возникающими во время коллапса массивных звезд или слияния нейтронных звезд. Эти взрывы происходят далеко за пределами Млечного Пути, но их мощное рентгеновское излучение, проходя через нашу галактику, отражается от пылевых облаков в спиральных рукавах. Это создает концентрические рентгеновские кольца, которые фиксируют телескопы. Измеряя диаметры этих колец, астрономы могут точно рассчитать расстояние до пылевых облаков, используя лишь геометрические расчеты.

Исследователи проанализировали три различных гамма-всплеска, чтобы определить расстояния до трех спиральных рукавов: Персея, Внешнего и Внешнего рукава Щита-Центавра. Оказалось, что Внешний рукав и рукав Щита-Центавра расположены примерно на 10 процентов дальше, чем показывали предыдущие данные.

Новое представление о Млечном Пути
Художественное изображение Млечного Пути. Фиолетовым цветом обозначены старые представления о ширине галактики, а пунктирной линией – новые данные / Изображение NASA/CXC/SAO/M.Weiss

Например, новое измерение для рукава Щита – Центавра показало расстояние 19,0 килопарсека (примерно 62 000 световых лет), что значительно точнее предыдущих попыток измерения с помощью параллакса водных мазеров.

Эти различия невелики, но любой пересмотр этих расстояний имеет большое значение, поскольку они являются фундаментальными для понимания нашей галактики,
– добавила соавтор исследования Илария Форнасьеро.

Ученые пояснили, что изменение расстояний напрямую влияет на оценку массы галактики, поскольку именно масса определяет, насколько широкими могут быть ее рукава.

Также команда измерила толщину самого удаленного рукава, которая составляет примерно 3500 световых лет. Это подтвердило, что они измеряют именно всю структуру рукава, а не случайное изолированное облако пыли.

Несмотря на высокую точность метода, его сложно применять часто, ведь яркие гамма-всплески, которые можно увидеть сквозь плоскость нашей галактики, случаются редко. За последние 25 лет ученые обнаружили лишь несколько таких событий. Несмотря на это, астрономы продолжают поиски новых всплесков и возлагают надежды на будущие обсерватории, такие как AXIS и New Athena, которые позволят проводить систематические кампании наблюдений. Это поможет создать еще более детальную 3D-карту нашего космического дома.