Разница важна; астрономы разрабатывают теории движения звезд, чтобы не только понять, как звезды в нашей галактике движутся сегодня, но и как наша галактика сформировалась и развивается. Млечный Путь имеет форму спирали с звездной областью в центре, известной как «полоса» из-за своей формы. В середине этой области есть «выпуклость», которая расширяется вертикально.
В новой работе Элис Куиллен, профессор астрономии из Университета Рочестера, и ее сотрудники создали математическую модель того, что может происходить в центре Млечного Пути. В отличие от Солнечной системы, где большая часть гравитационного притяжения исходит от Солнца и ее легко смоделировать, гораздо сложнее описать гравитационное поле вблизи центра Галактики, где находятся миллионы звезд, огромные облака пыли и даже темная материя. кружиться. В этом случае Квиллен и ее коллеги рассмотрели силы, действующие на звезды внутри балджа или рядом с ним.Когда звезды вращаются по своим орбитам, они также перемещаются выше или ниже плоскости полосы.
Когда звезды пересекают самолет, они получают небольшой толчок, как ребенок на качелях. В точке резонанса, которая находится на определенном расстоянии от центра полосы, время толчков на звезды таково, что этот эффект достаточно силен, чтобы звезды в этой точке поднимались выше над плоскостью. (Это похоже на то, когда ребенка на качелях каждый раз немного толкают, и в конце концов он качается выше.) Эти звезды выталкиваются из края выпуклости.
Резонанс в этой точке означает, что звезды совершают два вертикальных колебания за каждый период обращения. Но какова наиболее вероятная форма промежуточных орбит? С помощью компьютерного моделирования исследователи показали, что орбиты в форме арахисовой скорлупы согласуются с эффектом этого резонанса и могут привести к наблюдаемой форме выпуклости, которая также похожа на арахисовую скорлупу.
В следующем месяце Европейское космическое агентство запустит космический корабль Gaia, который предназначен для создания трехмерной карты звезд в Млечном Пути и их движения. Эта трехмерная карта поможет астрономам лучше понять состав, формирование и эволюцию нашей Галактики.«Трудно оглянуться назад в прошлое нашей галактики и узнать, что там было, но моделирование может дать нам ключ к разгадке», — объяснил Квиллен. «Используя свою модель, я увидел, что со временем резонанс с полосой, который приводит к этим орбитам необычной формы, перемещается наружу.
Это может быть то, что произошло в нашей Галактике».«Gaia будет генерировать огромные объемы данных — о миллиардах звезд», — сказал Квиллен. Эти данные позволят Квиллен и ее коллегам еще больше усовершенствовать свою модель. «Это может привести к лучшему пониманию того, как Млечный Путь мог развиться в форму, которую он имеет сегодня».Квиллен объяснил, что существуют разные модели того, как образовался галактический балдж.
Астрономы заинтересованы в том, чтобы выяснить, насколько шкала со временем замедлилась и «увеличилась ли выпуклость сразу или медленно». Понимание распределений скоростей и направлений движения (скоростей) звезд в баре и выпуклости может помочь определить эту эволюцию.«Одно из предсказаний моей модели состоит в том, что существует резкая разница в распределении скоростей внутри и вне резонанса», — сказал Квиллен. «Внутри — ближе к центру галактики — диск должен быть раздутым, и звезды там будут иметь более высокие вертикальные скорости. Гайя будет измерять движения звезд и позволит нам искать вариации в распределении скоростей, подобные этим».
Чтобы создать модель орбит звезд в балджу, Квиллену нужно было учесть различные переменные. Сначала ей нужно было понять, что происходит в области резонанса, который зависит от скорости вращающегося стержня и его плотности.
«Прежде чем я смог смоделировать орбиты, мне нужен был ответ на простой вопрос: каково распределение материала во внутренней галактике?» — сказала Квиллен. «Но это было не то, что я мог просто найти. К счастью, мой соавтор Санджиб Шарма смог помочь».Шарма выяснил, как скорость круговых орбит изменяется с расстоянием от центра Галактики (так называемая кривая вращения).
Используя эту информацию, Квиллен смогла вычислить плотность массы в месте резонанса, которая была ей нужна для ее модели.Квиллену также удалось объединить новые модели орбиты со скоростью стержня (который вращается), чтобы получить более точную оценку плотности массы в 3000 световых лет от центра Галактики (примерно на одной восьмой расстояния от центра галактики). Галактика к Земле), где находится край выпуклости.И теперь осталось недолго ждать, когда Гайя начнет сбор данных.
Время запуска Gaia назначено на 09:12 по Гринвичу 19 декабря, и он будет транслироваться в прямом эфире на портале ESA.