Astronomowie namierzyli dziesiątki gwiezdnych smug w Drodze Mlecznej

Na dalekich obrzeżach naszej galaktyki skrywają się subtelne, świetliste ślady, które przez lata pozostawały niemal nieuchwytne dla ziemskich przyrządów. Najnowsza analiza danych z kosmicznej misji Gaia ujawniła jednak, że te gwiezdne smugi są znacznie powszechniejsze, niż kiedykolwiek przypuszczaliśmy. To nie tylko spektakularny fenomen wizualny, ale przede wszystkim bezcenny zapis dynamicznej historii formowania się Drogi Mlecznej oraz mapa niewidzialnej materii kształtującej wszechświat.

Daleko na obrzeżach Drogi Mlecznej rozciągają się ledwo widoczne smugi gwiazd, przypominające świetliste ślady zostawione w próżni.

Nowa analiza danych z kosmicznej misji Gaia pokazała, że tych smug jest znacznie więcej, niż sądzili badacze. To nie tylko kosmiczny fajerwerk – z takich struktur można wyczytać historię powstawania naszej galaktyki i zajrzeć w rozkład niewidocznej materii.

Czym są gwiezdne strumienie i dlaczego budzą tyle emocji

Gwiezdne strumienie (często mówi się też: strumienie gwiazd) to bardzo cienkie, wydłużone struktury utworzone z gwiazd wyrwanych ze swoich pierwotnych gniazd. Najczęściej są to:

Przeczytaj również: Najuboższy w metale strumień gwiazd w Drodze Mlecznej zaskakuje astronomów

• karłowate galaktyki, które Droga Mleczna stopniowo rozrywa grawitacyjnie,

gromady kuliste – zwarte, bardzo stare skupiska setek tysięcy gwiazd.

Kiedy taki mniejszy układ krąży wokół centrum galaktyki, potężne siły pływowe stopniowo wyciągają z niego pojedyncze gwiazdy. One nie odlatują chaotycznie. Ustawiają się wzdłuż orbity macierzystego obiektu, tworząc długi, delikatny ślad, często ciągnący się przez dziesiątki tysięcy lat świetlnych.

Gwiezdny strumień to w praktyce linia grawitacyjnego „tuszu”, która rysuje nam, jak rozłożona jest masa w Drodze Mlecznej – łącznie z tą niewidoczną, ciemną.

W przeciwieństwie do jasnej tarczy galaktyki, gdzie nakładają się na siebie miliardy gwiazd, strumienie są uporządkowane i względnie „czyste”. Właśnie dlatego tak dobrze nadają się do testowania modeli grawitacji i badania tego, jak ułożona jest materia, także ciemna, w halo Drogi Mlecznej.

Przeczytaj również: Obiekt z innego układu słonecznego zmierza w naszą stronę, kwestionując nasze postrzeganie gości międzygwiezdnych

Skok z mniej niż 20 do 87 kandydatów

Przez lata astronomowie znali zaledwie kilkanaście strumieni powiązanych z wciąż istniejącymi gromadami kulistymi. To szczególnie cenne obiekty, bo mamy naraz zarówno „źródło” (gromadę), jak i ciągnący się za nią ślad.

Nowe badanie, oparte na danych z misji Gaia i specjalnym algorytmie wyszukiwania, przyniosło prawdziwy przeskok: z mniej niż 20 znanych przykładów do 87 kandydatów na takie struktury. To zmienia sytuację z zestawu pojedynczych ciekawostek na bazę statystyczną, na której da się szukać szerszych zależności.

Przeczytaj również: Naukowcy obalają mit „małych zielonych ludzików”. Jak naprawdę może wyglądać życie w kosmosie?

Naukowcy podkreślają, że nie wszystkie obiekty z tej listy przetrwają dalsze testy. Część może okazać się złudzeniem spowodowanym przypadkowym nałożeniem się gwiazd na niebie. Mimo to już sama skala katalogu otwiera drogę do zupełnie nowych analiz.

Jak gromada kulista zmienia się w kosmiczny „workowy ślad”

Jedna z autorek porównuje gromadę kulistą do worka z piaskiem przypiętego do roweru: jedziesz dookoła, a z dziurawego worka powoli wysypują się ziarenka.

W tej analogii:

• rower to orbita gromady wokół centrum Drogi Mlecznej,
• worek to gromada kulista – niewielka w skali galaktyki, ale bardzo gęsta i masywna,
• piasek to pojedyncze gwiazdy wyrywane przez siły pływowe.

Choć gromada wciąż istnieje, traci masę, a za nią formuje się świecący ślad – niczym okruszki chleba w baśni, tylko w skali kosmicznej. Kształt tego śladu, wszelkie zagięcia, zwężenia czy przerwy, zapisują historię tego, co gromada napotkała po drodze: od zagęszczeń ciemnej materii po bliskie przejścia obok innych masywnych struktur.

Każdy gwiezdny strumień działa jak sejsmograf reagujący na grawitacyjne „zaburzenia” w halo galaktyki.

Dlaczego takie struktury łatwo przeoczyć

Choć strumienie ciągną się na ogromne odległości, są bardzo słabo widoczne. Ich jasność rozlewa się na dużym obszarze, a na to wszystko nakłada się gęsty „szum tła” z innych gwiazd Drogi Mlecznej.

Badacze mierzą się z kilkoma problemami naraz:

• niski kontrast – strumień ginie na tle tysięcy gwiazd w tym samym kierunku,
• różna szerokość – jedne struktury są bardzo cienkie, inne rozmyte,
• zanieczyszczenie tłem – wiele przypadkowych gwiazd udaje, że należy do tego samego układu.

Wcześniejsze znane strumienie często znajdowano trochę przypadkiem, gdy ktoś przeglądający dane z dużego przeglądu nieba zauważył podejrzany „warkocz” lub linię gwiazd. To mało wydajny sposób, gdy chce się mieć pełniejszy obraz tego, co naprawdę otacza Drogę Mleczną.

Algorytm StarStream i moc danych z misji Gaia

Zespół z Uniwersytetu Michigan postanowił oprzeć się na konkretnym modelu fizycznym tego, jak powinny wyglądać strumienie pochodzące z gromad kulistych. Na tej bazie powstał algorytm StarStream.

StarStream nie szuka „czegokolwiek przypominającego wstęgę”. Szuka układów gwiazd, które: