Dacă nu ești copleșit de frumusețea cerului nocturn înseamnă că nu ai trecut dincolo de luminile orașului sau că ai o mare problemă. Cu ochiul liber vedem o parte a galaxiei care ne găzduiește, Calea Lactee. Multă vreme oamenii au crezut că ea este ceva stabil, fără prea mult turbulențe. Dar iată că, în ultimii ani, rezultatele obținute cu ajutorul noilor instrumente astronomice ne arată o istorie fascinant de tumultoasă a Căii Lactee.
Pentru că vă voi vorbi despre cât de tumultoasă este istoria Căii Lactee, dați-mi voie să vă readuc aminte mitul elin al nașterii ei, așa cum ni l-a povestit Alexandru Mitru în extraordinarele sale Legende ale Olimpului. ”Iar la puțină vreme, în palatul din Teba al lui Amfitrion, scăpată de sub vrajă, Alcmena năștea în chinuri grele doi feciori. Erau doi feciori gemeni… Unul avea ca tată pe Zeus, olimpianul, şi se chema Alcide, iar celălalt, Ificle – fiul lui Amfitrion.
Cum s-a născut Alcide, s-a auzit un glas : – De n-ai s-asculți, Alcmena, poruncile divine, vei suferi amarnic. Copiii-ţi vor pieri. Soțul tău o să cadă răpus în bătălie, şi tu o să te-afunzi în Tartarul lui Hades, fiindcă ai mâniat-o pe Hera din Olimp. De vrei să scapi de toate, azvârle-l pe Alcide !… Du-l pe un câmp pustiu şi-acolo părăseşte-l!…
Alcmena, înspăimântată, a luat copilu-n brațe şi a-ncercat să fugă. Vocea o urmărea.
– Azvârle-l pe Alcide… Tot n-ai să-l poți scăpa…
Şi ea, strângându-și fiul la piept, s-a dus pe o câmpie şi, deznădăjduită, vărsând lacrimi amare, l-a părăsit acolo.
Știa cât era Hera de neîndurătoare, când își dorea ceva şi când era pătrunsă cumplit de gelozie.
Numai că din văzduhuri mai priveghea şi Zeus. El auzise glasul. O văzuse pe Alcmena ducându-și copilașul pe acel câmp pustiu. Iară fiul Alcmenei trebuia să trăiască şi să-l ajute-n lupte. Şi, repede, din slavă, a poruncit să vină pristavul de credință, fiu-i înaripat, prea istețul zeu Hermes.
– Te du, a rostit Zeus, şi ia din câmp copilul. Adu-mi-l In Olimp şi fă tu cum vei face, ca să-l așezi la pieptul soției mele, Hera, fie doar pentru o clipă. Așa, ca el să sugă laptele nemuririi chiar de la sânul ei.
Hermes n-a așteptat să-i spună a doua oară. Punându-și la picioare cele mai repezi aripi, a coborât în locul unde se-afla copilul. L-a luat cu el în grabă. S-a întors în Olimp. S-a apropiat de Hera, care tocmai dormea, şi i l-a pus la sân.
Alcide, mititelul, flămând precum era, a început să sugă, cu poftă, licoarea parfumată. Când s-a trezit zeița l-a smuls. L-a aruncat. A vrut să-l și ucidă. Atât că prin voia părintelui său, Zeus, ca şi prin istețimea fratelui vitreg, Hermes, noul născut supsese laptele nemuririi. Faptul era-mplinit.
In cântece, poeții ne povestesc că Hera, când l-a smuls pe Alcide, vrăjmașă, de la sân, mai multe râulețe de lapte-ar fi țâșnit. Aceste râulețe sau risipit în cer şi s-au schimbat în stele scânteietoare, albe, numite de elini, cum știm : Calea Lactee sau Calea Laptelui…” Mai apoi Alcide avea să capete numele Heracle și avea să pășească în lumea aventurilor extraordinare, dar asta este o altă poveste… deși este fascinantă lumea miturilor, trebuie să o părăsim, pentru a ajunge în lumea, poate mai fascinantă, a științei.
Instrumentele
Pentru a reuși să înțelegem dinamica evoluției galaxiei noastre avem nevoie de instrumente cât mai precise. Ele au devenit operaționale în ultimele decenii. Avem atât instrumente terestre, cât și unele plasate în spațiul cosmic.
În ceea ce privește instrumentele terestre se cuvine să amintim, în fugă, din păcate Sloan Digital Sky Survey, SDSS, este cel mai ambițios sondaj astronomic întreprins vreodată. Atunci când va fi finalizat, va oferi imagini optice detaliate care acoperă mai mult de un sfert din cer și va realiza o hartă tridimensională cu aproximativ un milion de galaxii și quasari. SDSS folosește un telescop dedicat, cu oglinda principală de de 2,5 metri instalat pe Apache Point, New Mexico, SUA, echipat cu două instrumente puternice dedicate. Camera de 120 de megapixeli poate fotografia o suprafață 1,5 grade pătrate de cer o dată (aproximativ opt ori suprafața Lunii pline). Ei i se adaugă o pereche de spectrografe cu care se pot poate măsura spectre mai mult de 600 de galaxii și quasari într-o singură observație. Cu ajutorul acesteia se poate determina deplasarea spre roșu a spectrelor și, implicit, distanța până la obiectul observat. Este de subliniat faptul că proiectul SDSS este finanțat în principal de Fundația Sloan.
Un alt instrument terestru care ne ajută să înțelegem evoluția Căii Lactee este Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope (LAMOST), cunoscut și sub numele de Telescopul Guo Shoujing, după astronomul chinez din secolul al XIII-lea, este situat în Xinglong . Provincia Hebei , China. Operat de către Academia Chineză de Științe, telescopul este planificat să efectueze un studiu spectroscopic pe durata a 5 ani a 10 milioane de stele din Calea Lactee, precum și a milioane de galaxii.
Mai avem, în Australia, instrumentul GALactic Archaeology with HERMES (GALAH), care va realiza studii spectroscopic de mare rezoluție. Spectrograful HERMES, instalat pe telescopul Anglo-Australian instalat la Observatorul Siding Spring. Scopul lui este acela de a dezvălui formarea și istoria evolutivă a Căii Lactee.
Avem și rețeaua de radiotelescoape Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), a ESO din deșertul Atacama, Chile.
Toate aceste instrumente au o contribuție majoră pentru a înțelege evoluția galaxiei noastre. Dar, așa cum vă așteptați, ele sunt cu mult depășite de către telescoapele spațiale. În anul 1993 telescopul spațial Hiparcos al ESA cartografiase 2,5 milioane de stele din Calea Lactee. În 2023 ESA anunța că telescopul spațial Gaia a reușit să cartografieze 1,8 miliarde de stele din galaxia noastră.
Permiteți-mi să insist un pic mai mult asupra telescopului spațial Gaia, care a fost lansat pe 19 decembrie 2013 și demarat cercetarea cerului în 2014. Obiectivul său principal este realizarea celei mai mari și mai precise hărți tridimensionale a galaxiei noastre prin observarea a aproape două miliarde de stele. Pe parcursul misiunii sale, Gaia monitorizează fiecare dintre stelele țintă de aproximativ 14 ori pe an. Cu ajutorul acestor observații se realizează un grafic precis al pozițiilor, distanțelor, mișcărilor și schimbărilor de luminozitate. Misiunea studiază, de asemenea, peste 1 milion de quasari îndepărtați și oferă noi teste ale Teoriei Generale a Relativității a lui Albert Einstein.
Așa cum spuneam, Gaia creează o hartă tridimensională extrem de precisă a aproape două miliarde de obiecte din întreaga Galaxie, cartografiind mișcările, luminozitatea, temperatura și compoziția acestora. Acest imens recensământ stelar oferă datele necesare pentru căuta răspunsuri la o gamă largă de întrebări legate de originea, structura și istoria evolutivă a galaxiei noastre.
De exemplu, Gaia poate ajuta la identificarea stelelor care sunt relicve din galaxiile mai mici „înghițite” cu mult timp în urmă de Calea Lactee. Urmărind mișcarea pe scară largă a stelelor din galaxia noastră, cercetează, de asemenea, distribuția materiei întunecate, substanța invizibilă despre care se crede că ne ține Galaxia împreună.
Pentru a își atinge obiectivele Gaia măsoară în mod repetat pozițiile tuturor obiectelor până la magnitudinea 20 (de aproximativ 400 000 de ori mai slabă decât poate fi văzută cu ochiul liber). Pentru toate obiectele mai luminoase de magnitudinea 15 (de 4000 de ori mai slabă decât se poate vedea cu ochiul liber), Gaia își măsoară pozițiile cu o precizie de 24 de microsecunde de arc. Acest lucru este comparabil cu măsurarea diametrului unui păr uman la o distanță de 1000 km! Acest lucru permite celor mai apropiate stele să li se măsoare distanțele cu o precizie extraordinară de 0,001%. Chiar și stelele din apropierea centrului galactic, la aproximativ 30 000 de ani lumină distanță, vor avea distanțele măsurate cu o precizie de 20%.
Ajutați de aceste date astronomii au reușit să realizeze, pentru prima oară, o hartă precisă a Căii Lactee. Este vorba despre o hartă tridimensională la care se adaugă mișcările stelelor din galaxie. Rezultatul nu avea cum să nu fie decât unul spectaculos. Pe baza datelor adunate de-a lungul timpului s-a putut realiza ceea ce aș numi un film de înaltă rezoluție în care vedem mișcările a miliarde de stele, care ne dezvăluie nu numai structura galaxiei noastre ci și istoria sa tumultoasă. Pe scurt, această hartă tridimensională nu ne arată o Cale Lactee în echilibru, așa cum se așteptam, ci una foarte agitată.
O existență tumultoasă
Calea Lactee este învăluită de un halou. Haloul stelar este porțiunea vizibilă a ceea ce este mai larg numit halou galactic. Acest halou galactic este dominat de materia întunecată, invizibilă, a cărei prezență poate fi dedusă doar prin gravitația pe care o exercită. Fiecare galaxie are propriul său halo de materie întunecată. Cercetătorii erau convinși că haloul stelar al Căii Lactee are o formă sferică. Datele transmise de Gaia, combinate cu cele obținute cu ajutorul instrumentului Hectochelle in the Halo at High Resolution, instalat la Observatorul Fred Lawrence Whipple din Arizona, SUA, i-au făcut să se răzgândească. În 2022, în The Astrnomical Journal era publicat articolul intitulat The Stellar Halo of the Galaxy is Tilted and Doubly Broken.
Cercetătorii care au participat la studiu se exprimă extrem de plastic, privitor la noua imagine a galaxiei noastre. „Forma haloului stelar este un parametru fundamental pe care tocmai l-am determinat cu o precizie mai mare decât era posibil înainte”, spune autorul principal al studiului Jiwon „Jesse” Han, doctorand la Centrul de Astrofizică Harvard și Smithsonian. „Există o mulțime de implicații importante ale faptului că aureola stelară nu este sferică, ci are forma unei mingii de rugby sau zeppelin – alegeți-vă!” „De zeci de ani, ipoteza generală a fost că haloul stelar este mai mult sau mai puțin sferic și izotrop, sau același în toate direcțiile”, adaugă coautorul studiului Charlie Conroy, consilierul lui Han și profesor de astronomie la Universitatea Harvard și Centrul de Astrofizică. „Știm acum că imaginea această ipoteză trebuie să fie aruncată peste bord.”
Cum a fost generată această formă stranie a haloului Căii Lactee? Conform unei ipoteze larg acceptate, ea a fost generată atunci când o galaxie pitică singuratică s-a ciocnit, în urmă cu 7-10 miliarde galaxia noastră mult mai mare. Galaxia pitică a primit un nume amuzant: Gaia-Sausage-Enceladus (GSE). „Gaia” se referă la telescopul spațial care a ajutat la determinarea geometriei haloului, „Sausage” la forma haloului obținută cu datelor transmise de Gaia și „Enceladus” la gigantul mitologic grec care a fost îngropat sub un munte — mai degrabă cum a fost ”îngropată” GSE în Calea Lactee. Ca o consecință a acestei coliziuni galactice, galaxia pitică a fost fărâmițată iar stelele sale constitutive împrăștiate într-un halou dispersat. O astfel de poveste de origine explică diferențele dintre stelele di haloul galactic și stelele născute și crescute în Calea Lactee.
Vă reamintesc: Calea Lactee este o galaxie spirală cu o „bară” centrală de stele care îi străbat nucleul, mai multe brațe spiralate și un halou mai difuz care se extinde spre exterior. Știm, încă din anii 1950, că discul Căii Lactee este deformat și asimetric, dar nu oamenii de știință nu știau de ce. Gaia a dezvăluit că această deformare a fost provocată de de o coliziune repetată cu o altă galaxie mai mică – probabil galaxia pitică Săgetător, care a traversat, în trecut, de trei ori, planul galaxiei noastre. Galaxia pitică Săgetătorul orbitează în jurul galaxiei noastre cu o perioadă de 4-5 miliarde de ani și este distrusă treptat în cursul coliziunii din prezent. Concluziile au fost prezentate în studiul Evidence of a dynamically evolving Galactic warp, publicat, în 2020, în revista Nature Astronomy.
Datele Gaia au dezvăluit, de asemenea, o altă ciocnire, cu galaxia pitică Arjuna/Sequoia/I’itoi, care probabil produs cam în aceiași perioadă cu ciocnirea cu Gaia-Sausage-Enceladus. Se crede că acest eveniment a ”îmbogățit” haloul tinerei galaxii Cale Lactee cu roiuri globulare și stele străvechi, toate mișcându-se ciudat și orbitând în direcția „greșită” – în direcția opusă rotației spiralei. Arjuna/Sequoia/I’itoi și Gaia-Sausage-Enceladus s-ar putea să fi fost galaxii asociate – poate o pereche binară – înainte de a fuziona cu Calea Lactee.
Într-un alt studiu, realizat pe baza datelor transmise de Gaia și care a fost publicat, în 2022, sub titlul The Global Dynamical Atlas of the Milky Way Mergers: Constraints from Gaia EDR3–based Orbits of Globular Clusters, Stellar Streams, and Satellite Galaxies, în The Astrophysical Journal, se arăta că au fost identificat șase grupuri de stele distincte, reprezentând șase ciocniri intergalactice diferite: ciocnirile cu Sagittarius, Gaia-Sausage-Enceladus și Arjuna/Sequoia/I’itoi menționate mai sus, și, în plus, cele cu galaxiile pitice LMS-1/Wukong și Pontus. Se crede că majoritatea au avut loc între opt și zece miliarde de ani în urmă, doar cea cu Sagittarius fiind mai recentă. Un alt studiu, intitulat A high fidelity Milky Way simulation with Kraken, Gaia-Enceladus, and Sequoia analogues: clues to their accretion histories, publicat, în 2023, în Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, și care, aș cum bănuiți, a folosit datele Gaia a explorat o populație de roiuri stelare globulare și a constatat că acestea se aliniază bine la o a șaptea ciocnire intergalactică. Aceasta ar fi fost probabil cea mai timpurie și a a avut loc acum aproximativ 11 miliarde de ani, cu o galaxie denumită acum „Kraken”.
În plus, Gaia a dezvăluit că unele părți ale Calei Lactee sunt mult mai vechi decât se crede și că au existat două faze cheie ale istoriei galactice. Prima a început la mai puțin de un miliard de ani după Big Bang, atunci când stelele au început să se formeze într-un disc gros. Două miliarde de ani mai târziu, a fost declanșată o a doua fază de formare a stelelor. Se crede că această a doua fază a fost declanșată atunci când Gaia-Sausage-Enceladus s-a ciocnit cu Calea Lactee.
Gaia și-a îndreptat privire și asupra galaxiilor pitice care se află în vecinătatea Căii Lactee. Acestea includ Marele Nor al lui Magelan și Micul Nor al lui Magelan și alte zeci de galaxii pitice despre care se crede că orbitează Calea Lactee. Gaia a studiat 40 dintre acești însoțitori și a descoperit că se mișcă mult mai repede decât stelele gigantice și grupurile de stele despre care se știe că orbitează în jurul galaxiei noastre. Asta înseamnă că ele sunt vizitatori care au sosit în vecinătatea noastră doar în ultimele câteva miliarde de ani.
În numărul trecut al revistei noastre aveam onoarea să vă povestesc în articolul ”Golurile din Univers” despre Golul Local. El are un diametru de 150 milioane de ani lumină și se află la marginea grupului nostru local de galaxii. Se crede că centrul Golului Local se află la cel puțin 75 de milioane de ani lumină de Pământ. Datele transmise de telescopul spațial Gaia au arătat căcă un număr de stele care explodat în trecut au împins gazul intragalactic spre exterior și au creat această bulă. În același timp ele au declanșat și formarea tuturor stelelor tinere pe care le vedem în vecinătatea noastră galactică.
Datele transmise de către telescopul spațial Gaia au ajutat la cartografierea stelelor din discul exterior al galaxiei noastre, dezvăluind un număr mare de filamente care se rotesc. Astrofizicienii sugerează că aceste filamente sunt de fapt rămășițele brațelor spirale din trecut. Aceste structuri s-au estompat de-a lungul timpului pe măsură ce diferite galaxii satelit au trecut prin apropiere și au interacționat cu galaxia noastră, făcându-le să se rotească.
Într-o descoperire cheie, astronomii au folosit datele Gaia pentru a efectua „arheologie galactică” și au descoperit că nucleul Căii Lactee este plin cu stele care sunt cu adevărat vechi: atât de vechi încât le lipsesc metalele mai grele create mai târziu în timpul vieții Universului. Cercetătorii au identificat aceste stele prin explorarea a două milioane de stele gigant strălucitoare din regiunile interioare ale galaxiei noastre, cartografiind astfel „bătrâna inimă” a Căii Lactee.
Încheiere
Ca de obicei ar fi mult mai multe de spus. Probabil că într-un viitor oarecare voi reveni asupra acestui subiect pentru că, spre marea mea bucurie, telescopul spațial Gaia își continuă, cu succes, misiunea. Am convingerea că, pe măsură ce se va extinde harta tridimensională realizată pe baza datelor transmise de Gaia, vom afla de multe descoperiri complet neașteptate.
