Звездни струи помагат в уточняването на масата на Млечния път

Галактиката ни – Млечния път – е отдавна и целенасочено изучавана от астрофизиците. Но все още основните й параметри са доста далеч от точни оценки. Слънцето и планетите от неговата система се намират в един от спиралните ръкави на галактиката и ние гледаме към диска й отстрани. Затова се най-различни методи, на първо място изучавайки звездите, се опитваме да уточним формата, размерите и други основни характеристики на галактиката.
Според съвременните представи, Млечният път включва около 200 милиарда звезди, голямата част от които са съсредоточени в диск с диаметър от не по-малко от 100 000 светлинни години. Масата на галактиката ни – по различни оценки – варира между 0,3 и 3 трилиона пъти масата на Слънцето, макар че повечето учени се придържат към стойност от 2-3 трилиона пъти масата на нашата звезда.

Астрофизици от няколко американски университета предлагат нов, и както те твърдят – по-точен метод за оценка на масата на галактиката. В списание The Astrophysical Journal те описват методиката си, която се базира на изучаване и моделиране на поведението на следите, оставащи след разрушаващ се звезден куп, чиято орбита е извън пределите на галактичния диск.

Звездните купове са най-старите в галактиката. Те съдържат голям брой звезди и се движат в орбита около центъра – подобно на спътниците, обикалящи около планета. По-голямата част от “живота” си куповете прекарват извън пределите на галактичния диск, но за милиардите години на своето съществуване те много пъти са пресичали плътният диск на Млечния път, което води до излагането им на огромните приливни сили, “гравитационни удари”. Тези сили разрушават звездните купове и много от звездите биват “загубени”. Все пак, увлечени от гравитационните сили изоставащи звезди, продължават известно време да следват купа по неговата орбита около галактичния център. С течение на времето звездите се изгубват сред останалите звезди на галактиката. В много по-скромни мащаби се случва нещо подобно с метеоритните роеве, които съпровождат ядрата на кометите.

“Загубените” звезди, разположени извън галактичния диск по орбитата на звездните купове, са наречени от астрофизиците “звездна струя”. Такива звездни струи се открояват от останалите звезди така, както инверсионните следи от самолет са отчетливо видими в небето.С помощта на компютърно моделиране на струята може да се направят оценки за параметрите на галактиката, довели до нейното формиране.

Карта на Млечния път. NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech)

Учените използват данни от проекта SDSS (Sloan Digital Sky Survey), в рамките на който в продължение на повече от десет години е сканирано небето от северното полукълбо. При анализиране на звездния куп Palomar 5, което е на възраст около 12 милиарда години и съдържа около 30 000 звезди, са открити периодични промени в неговите звездни струи, които авторите на изследването решават, че не са случайни. “Опашките” на струите в двете посоки от звездния куп се проточват на дистанция от по 1000 светлинни години, а масата на струите е с 30% по-голяма, отколкото на самия звезден куп в настоящия момент. Орбитата му е почти перпендикулярна на плоскостта на галактиката. Разстоянието между нас и звездния куп е около 75 000 светлинни години.

С помощта на суперкомпютъра Yeti на Колумбийския университет, астрофизиците създават над 10 милиона модела на струите при различни “реализации” на Млечния път. Авторите използват съвременни статистически методи, употребявани например при изследвания за изменчивостта на генома или пък в рейтинговите системи на интернет сайтовете. Уникалността на наблюдаваните звездни струи позволява да се изключат недопустимите за моделирането варианти и така да се направи по-точна оценка за масата на галактиката в радиуса на орбитата на струпване (около 60 000 светлинни години). Масата се оказва около 210 милиарда пъти по-голяма от масата на Слънцето, а астрофизиците твърдят, че отклонението може да е най-много 20%. Едновременно с този извод е потвърдена и почти сферичната форма на галактичното хало, включващо тъмната материя.

Интересното е, че наблюдаваната в конкретния случай геометрия на звездната струя налага силни ограничения на позицията и движението на Слънцето, галактиката и звездния куп. Благодарение на това астрофизиците са установили, че Слънцето се намира на 8,3± 0,25 килопарсека от центъра на галактиката и се движи със скорост от 253±16 км/с, което се съгласува и с други подобни измервания.

Сферичните звездни купове са много често срещани обекти в галактиката. В Млечния път са открити над 150 такива. В бъдеще изследователите имат идеята да изучат и други струи, за да се получи още по-точен и реалистичен модел на Млечния път. Надеждите са, че ще научим нови факти за формирането и състава на родната ни галактика и ще можем да разберем как Млечния път се съотнася с другите галактики във Вселената.